彩虹可能需要更新了。一种新的、高科技的显示颜色方法，让五名测试对象看到了一个超越标准人类范围的色调。这项研究于4月18日在《科学进展》杂志上发表，是证明一种能够让神经科学家探索先前无法回答的视觉感知问题的技术概念。假以时日，它甚至可能帮助色盲人士体验完整的色谱，并让视力正常的人区分先前无法检测到的数百、数千甚至数百万种色调。
“这是一项技术上的壮举，”未参与这项新研究的华盛顿大学眼科教授、神经科学家Jay Neitz告诉《Popular Science》。“他们所能做到的，几乎已经进入了科幻小说的范畴。这太神奇了——这里的技术。”
这种新描述的方法和原型机被称为Oz Vision System（奥兹视觉系统），这是向“飞越彩虹”致敬。Oz所实现的新颜色被命名为“olo”，这个名字来源于其理论上的色度空间坐标[0,1,0]。
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什么是色度空间？
色度空间是绘制人类可见的所有色调的标准方法。它基于三色视觉的理念：大多数人有三种视锥细胞。我们的视网膜感光细胞分别对短波长、中波长和长波长的光敏感——分别对应蓝色、绿色和红色。拥有这三种视锥细胞，大多数人可以在可见光谱中分辨出大约一百万种不同的色调。
但是，即使在可见光谱中，也存在三色视觉人类实际上无法感知的颜色。这是因为这三种视锥细胞对某些波长的光线的响应会重叠。对绿色敏感的中波长（m）视网膜感光细胞的响应，在光谱两侧会与长波长（l）和短波长（s）视网膜感光细胞的响应重叠。在人眼中，没有一种可见光波长能够自然地仅刺激这些m细胞。因此，每次你看到绿色时，你看到的都是它与来自l或s细胞的黄色或蓝色混合而成的。
Oz使得研究人员能够绕过人类视觉固有的局限性。该协议允许科学家刺激单个、预先选定的视网膜感光细胞组合，包括仅m细胞。作为回应，受试者可以瞥见一种非常强烈和纯净的绿色（或者说是蓝绿色，取决于描述者的说法），这种颜色早已被归类为“想象颜色”。
欢迎来到Oz
Oz的第一步是创建一个人视网膜的详细地图：对每一个细胞进行分类。然后，这个个性化的地图被用来编程一个对眼睛安全的激光，以发射出极其精确的光束，能够一次只照射到一个细胞。为了实现这一点，计算机必须实时检测并校正人眼微小但不可避免的运动。仅刺激一个视锥细胞并不会产生任何可感知的颜色，因此Oz更进一步，以之字形模式快速在其预定细胞区域上移动激光。Oz只在其经过目标细胞时才发射激光束。在最近发表的研究中，这些目标细胞是在测绘阶段被归类为m感光细胞的视锥细胞。
通常，人类感知颜色的方式是基于到达我们视网膜的光的特定波长以特定的比例和模式刺激我们的视网膜感光细胞。但通过Oz Vision System，单一波长的光就可以用来创造无限多种颜色的感知，因为细胞可以被如此选择性地刺激。
目前的原型机包括一组传感器、激光光源、镜子和光子计数器，并将多年来多项进展整合到一个系统中。“这确实是几十年里所有这些技术发展的结晶，”罗切斯特大学眼科学副教授、神经科学家Sara Patterson（未参与新研究团队）说道。“我真的觉得这太棒了。”
该研究的作者对五名人类受试者进行了此过程的测试，并采取了多项措施来验证参与者所看到的是否是真正新颖的。Patterson表示：“这是一项控制得非常好的实验。”他们刺激了在不同颜色背景下、带有移动叠加层以及直接在正常人类色谱边缘（但仍在其中）的一些色调上感知olo。在最后一种试验中，他们让受试者使用一个旋钮来调整olo方块，直到它与非想象颜色方块匹配。在所有情况下，参与者都必须用大量的白光稀释olo，然后才能报告匹配。
绿色机器
那么，这种新颜色是什么样的呢？
“Olo看起来是一种蓝绿色，是我见过的最饱和的蓝绿色或青色，”加州大学伯克利分校的计算机科学家和视觉计算专家、该研究的合著者之一Ren Ng告诉《Popular Science》。
Ng不仅是研究团队的一员，也是亲眼目睹olo的测试对象之一。“它是非常可以命名的。它是非常可以感知的，”他说，但它只是比任何自然颜色都更强烈。他将olo的体验与他第一次看到绿色激光笔的经历进行了比较。“当时我可能会说，‘哇，这是我见过的最绿的绿色’，”但他现在认为olo超越了它。
要看到这种颜色，受试者必须保持非常静止，眼睛精确地定位——部分由咬杆辅助。然后，他们将目光固定在空间中的一个点上，激光则刺激旁边一个区域的细胞。Ng说，通过这种刺激，olo出现在一个大约是满月在天空中大小五倍的区域。眨眼会重置运动校正系统，因此olo只能持续几秒钟，然后消失，再闪回来。尽管如此，即使是这种有限的体验，Ng也觉得“太酷了”。“我对此感到非常兴奋。”
一片充满可能性的彩虹
他对未来更加兴奋。Olo证明了这种精确的光感受器激活是可能的。现在方法已经得到验证，还有很多事情可以做。
研究团队目前正在探索Oz是否可以用来帮助色盲人士（他们功能上是二色视觉者，即缺少一种视锥细胞类型）暂时看到完整的人类色谱。Ng解释说，理论上，这可以通过人工将一部分视锥细胞分类为缺失的感光细胞类型，并通过激光刺激选择性地靶向它们，使其与其余细胞不同步来实现。他说，到目前为止，这项工作进展顺利。
这并不是第一次尝试逆转色盲。在2009年的一项具有里程碑意义的研究中，Neitz和他的同事团队使用基因疗法在色盲猴子中引入了第三种类型的感光细胞。根据他们所有的测试，实验是成功的，使猴子能够区分它们以前无法区分的物体。
然而，猴子无法向人类研究人员解释它们的体验，也无法明确证实它们是否感知到了以前无法感知的颜色。“我们真的不知道它们[看到了]什么，”Neitz说。但是，通过Oz，色盲人类可以提供类似的机会，无论如何都能确认第三种感光细胞是否会导致正常的视觉感知，还是其他情况。“这确实是我几年前的一个幻想，”他说，现在看来触手可及。
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从长远来看，Ng和他的同事们希望走得更远。作者们设想，他们最终可以使用Oz来模拟四色视觉者（tetrachromats）的体验：四色视觉者是拥有四种类型感光细胞的动物（如鸟类和鱼类）和极其罕见的人类，他们的颜色感知范围是人类的100倍。但技术尚未完全成熟。
尽管Oz被普遍认为是一项了不起的成就——但西北大学神经科学家、副教授Gregory Schwartz指出，该系统并不完美。他说，这项研究“非常出色”且“非常令人兴奋”。然而，Ng及其合著者承认并记录了技术仍存在的局限性。
尽管Oz是一种比以往任何人类都要更具针对性的光感受器刺激方法，但它并非100%准确。仍然存在大量的“光泄漏”。激光照射的光子大约有三分之二最终会被非目标细胞捕获。Schwartz说：“他们在论文中对此相当坦诚。”尽管存在泄漏，他仍然相信olo的颜色确实超出了正常人类色域，“但可能没有他们想要的那么超乎寻常。”
Schwartz指出，另一个主要的局限性是Oz原型的尺寸和可扩展性。我们离能够进行完整的Oz色彩体验的便携式眼镜或屏幕还有很长的路要走。而且，对详细视网膜地图的需求使得增加受试者成为一项资源密集型工作（这就是为什么参与者数量如此之少——这是另一个限制）。但超色彩虚拟现实的可能性比以往任何时候都更近。
Patterson表示，一般来说，在颜色感知研究领域，科学家们使用相似的方法反复探讨相同的问题——争论诸如允许颜色视觉的神经通路，或者视网膜与大脑的相对作用。但Oz提供了一个进入全新领域的新视角。
她解释说，研究的五名受试者都对olo颜色描述得非常相似，并且都能感知到它与正常人类色域的不同，这一点本身就引发了关于我们的视觉感知是多么灵活或僵化的有趣问题。神经科学家们长期以来一直不确定，在面对一种新颜色时，人类是否能够理解它。这进一步证明了，在某些情况下，我们的大脑可以理解不熟悉的色调。
Patterson说：“有时候，当你将系统推向其正常工作范围之外时，就像他们在这里所做的那样，你就能真正学到新东西。我迫不及待地想看看接下来会发生什么。很难想象它会有多么丰富多彩。”
