Neuron | 唐世明課題組與合作者揭示大腦中顏色感知的調(diào)色板機(jī)制
2020年8月26日，《Neuron》期刊在線發(fā)表了題為《獼猴V1，V2和V4等級(jí)化的顏色處理機(jī)制》的研究論文，該研究由中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所王偉研究組與北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院唐世明研究組合作完成。該研究利用內(nèi)源性信號(hào)光學(xué)成像、雙光子成像和電生理記錄等手段，詳細(xì)描繪了等級(jí)化的不同視覺(jué)腦區(qū)的色調(diào)圖結(jié)構(gòu)，揭示了認(rèn)知顏色空間形成的神經(jīng)機(jī)制。
英國(guó)科學(xué)家牛頓早在18世紀(jì)就意識(shí)到，光波是電磁波，它本身并不具有顏色。我們能感知數(shù)千種不同的色調(diào)，是因?yàn)榇竽X中存在編碼不同波段可見(jiàn)光的神經(jīng)元（選擇性反應(yīng)）。從視網(wǎng)膜開(kāi)始，作為光探測(cè)器的視錐細(xì)胞有三種，分別檢測(cè)短波、中波和長(zhǎng)波段的可見(jiàn)光，按照紅、綠、藍(lán)三原色的調(diào)色機(jī)制，我們就能感覺(jué)到千變?nèi)f化的顏色。
然而我們的研究發(fā)現(xiàn)，大腦能感知豐富多彩的顏色世界并非是順理成章的事情。在初級(jí)視皮層V1中，對(duì)于處在可見(jiàn)光波段兩端的紅色和藍(lán)色，選擇性反應(yīng)的神經(jīng)元要比編碼其他顏色的神經(jīng)元多，但這種不均衡的“調(diào)色板”在V2腦區(qū)逐漸得以改善，而在V4對(duì)7種顏色編碼的神經(jīng)元數(shù)量則已經(jīng)變得較為均衡，形成調(diào)和均衡的七彩調(diào)色板。因此，大腦中與我們主觀顏色感知匹配的色調(diào)圖（調(diào)色板）是在較高級(jí)的皮層完成的。
中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所劉曄博士和北京大學(xué)交叉科學(xué)研究院李明博士（已畢業(yè)）是本文的共同第一作者，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院唐世明研究員和中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所王偉研究員是本文共同通訊作者。倫敦大學(xué)學(xué)院的Stewart Shipp博士、曼徹斯特大學(xué)的Niall McLoughlin博士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的楊煜鵬博士在研究的不同階段做出了貢獻(xiàn)。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院、上海市教育部的資助。
A，光的本質(zhì)是電磁波，本身并沒(méi)有顏色。視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞可將光譜信息轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)，大腦再將這些信號(hào)加工處理最終創(chuàng)造出我們對(duì)顏色的主觀感知。
B，本研究利用多種技術(shù)手段，描繪并分析了V1、V2、V4三個(gè)連續(xù)視覺(jué)腦區(qū)中的色調(diào)圖。
C，通過(guò)定量檢測(cè)三個(gè)不同等級(jí)的視覺(jué)皮層的色調(diào)圖（調(diào)色板），研究者發(fā)現(xiàn)大腦中編碼顏色的神經(jīng)元（調(diào)色板），隨著視覺(jué)皮層處理等級(jí)上升，存在一個(gè)逐步調(diào)和、均衡的腦機(jī)制，最終與我們主觀認(rèn)知的色調(diào)空間相匹配。
論文鏈接：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(20)30581-X
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