不可能的颜色是如何工作的

由:戴夫·鲁斯

科学家表示,你无法同时看到蓝色和黄色相同的图像。大脑中的敌对神经元不能同时被兴奋和抑制。但一些研究人员不这么认为。"width=
科学家表示,你无法同时看到蓝色和黄色相同的图像。大脑中的敌对神经元不能同时被兴奋和抑制。但一些研究人员不这么认为。
sodapix /思想库

这是一个大脑熔炉——没有蓝色这种东西。红色,绿色,紫红色或淡紫色。事实上,没有一个有形的,绝对的东西叫做颜色颜色纯粹存在于我们的头脑中。(老兄!)

例如,香蕉本身并不是黄色的。为了证明这一点,你可以在半夜跌跌撞撞地走到厨房,把一根香蕉拿在面前。它是什么颜色的?有点脏的灰黑色,但绝对不是黄色。这是因为颜色不是由物体发出的;他们反映。香蕉是黄色的,因为当光线从香蕉上反射回来时,它发出黄色的光。

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它是如何工作的?白光——如太阳光或明亮的灯泡发出的光——是由波长横跨整个可见光谱。当白光穿过棱镜时,你可以看到光谱中所有的纯色:紫色,靛蓝,蓝色,绿色,黄色,橙色和红色。

当白光照在香蕉皮上时,不可思议的事情发生了。香蕉皮中的一种天然色素叫做叶黄素在化学上被设计成吸收某些波长并反射其他波长。叶黄素的主要反射波长为黄色。

但是香蕉的黄色仍然不存在。只有当果皮反射的光线被视网膜中数以百万计的视锥细胞检测到时,它才开始存在。有三种锥细胞,每一种负责感知不同波长的光。视锥细胞向大脑发送电脉冲,在那里,数据被处理成单一的可识别的颜色:黄色[来源:帕帕斯].

这个颜色故事的寓意是——没有我们的视锥细胞和大脑,颜色就不存在。即使有,也只是旁观者的想法。这就引出了一个有趣的问题:如果在可见光谱中存在我们的视锥细胞和大脑看不到的颜色呢?事实上,有。所谓的不可能的颜色被禁止的颜色打破感知的生物规则。但一些研究人员认为,他们发现了一种发现不可能的方法。

让我们从更深层次的颜色感知科学开始。

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颜色对立

我们感知到的颜色是由我们眼睛中的视锥细胞检测到的反射光的结果,然后由我们的大脑处理。"width=
我们感知到的颜色是由我们眼睛中的视锥细胞检测到的反射光的结果,然后由我们的大脑处理。
PeterHermesFurian / iStock /思想库

正如我们已经讨论过的,我们感知到的红色、绿色、黄色、赭色等等都是反射的结果被我们眼睛里的视锥细胞发现,然后被我们的大脑处理。来理解为什么所谓的不可能的颜色打破了视觉的规则感知在美国,我们需要更多地了解我们的视锥细胞和大脑是如何相互作用的。

你的每只眼睛大约有600万个视锥细胞集中在视网膜的中央。潘通色卡].这些视锥细胞有三种不同的波长:短、中、长。当锥体在其波长区域接收到强烈信号时,它会向大脑发送电脉冲。大脑的工作是将来自每个锥体的数百万个电信号结合起来,重建出真实颜色的合成“图像”。

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当然,大脑不是一台计算机,但它有自己复杂的高度专门化的细胞块。负责处理锥细胞电信号的细胞被称为对手的神经元【来源:Wolchover].在大脑的视觉皮层中有两种对立神经元:红绿对立神经元和蓝黄对立神经元。

这些脑细胞被称为“对抗神经元”,因为它们以二元方式工作:红绿对抗神经元要么发出红色信号,要么发出绿色信号,但不能两者同时发出。蓝黄相间的对手神经元可以发出蓝色或黄色信号,但不能两者都发出。

当你看到纯黄色的图像时,蓝黄色对抗神经元的黄色部分是兴奋的,而蓝色部分是抑制的。切换到纯蓝色图像时,对手神经元的蓝色部分是兴奋的,而黄色部分是抑制的。现在想象一下,你试图同时看到一幅同样是蓝色和黄色的图像。对手的神经元不能同时被兴奋和抑制。

我的朋友,这就是为什么蓝黄色是不可能的颜色。红绿也是如此。你可能会说,“等一下,我知道黄色和蓝色在一起是什么样子——它是绿色的!”红色和绿色形成一种泥棕色,对吧?”不错的尝试,但这是混合两种颜色的结果,而不是一种同样是蓝黄或红绿的颜料。

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用不可能的颜色做实验

早在1801年,早在科学家们了解视锥细胞和神经元之前,英国医生托马斯·杨就提出人类的眼睛有三种颜色受体:蓝色、绿色和红色。年轻的三色色彩理论这个理论在20世纪60年代被证明是正确的,当时人们发现视锥细胞(因其形状而得名)对蓝、绿、红光有特殊的敏感性[来源:拿骚].

与之对立的颜色感知理论早在19世纪70年代就出现了,当时德国生理学家埃瓦尔德·黑林首先假设,我们的视觉是由彼此对立的颜色决定的:红对绿,蓝对黄。黑林的对立面理论是由这样一个事实支持的:在可见的颜色中,没有可以被描述为红绿或黄蓝的颜色,只有其他所有的颜色光谱可以通过将红色或绿色反射光与黄色或蓝色组合而产生[来源:Billock和祖文萃].

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一个多世纪以来,三原色理论和色差理论都被视为色彩感知的永恒真理。综上所述,这两种理论认为,人类的眼睛或大脑不可能感知红绿或蓝黄等特定颜色。

幸运的是,总有一些流氓科学家喜欢推动可能性领域的发展。20世纪80年代初,视觉科学家休伊特·克兰和托马斯·皮塔塔尼达设计了一项实验,目的是让大脑看到不可能看到的颜色。

在克莱恩和皮塔塔尼达的实验中,受试者被要求盯着一张由红色和绿色两条相邻条纹组成的图像。受试者的头部被下巴托固定住,他们的眼球运动被摄像机跟踪。随着受试者眼睛的每一次小抖动,红色和绿色图像就会自动调整,这样受试者的目光就会固定在相反的颜色上[来源:Billock和祖文萃].

1983年发表在《科学》(Science)杂志上的研究结果令人震惊。如果人们盯着相邻的相反颜色看的时间足够长,它们之间的边界就会消失,一种新的“禁止”颜色就会出现。由此产生的颜色是如此的新,以至于受试者甚至很难描述它[来源:Wolchover].

通过稳定图像来跟踪眼球运动,克兰和皮塔塔尼达推断,眼睛的不同区域不断地受到不同波长的光的照射,导致一些敌对神经元兴奋,同时另一些神经元受到抑制。

奇怪的是,克兰和皮塔塔尼达的实验被认为是小把戏,其他几位视觉科学家也没能取得同样引人注目的结果。直到21世纪,不可能的颜色才有了第二次生命。

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如何看到不可能的颜色

当研究团队试图用不可能的颜色重现克雷恩和皮塔塔尼达的革命性实验时,他们经常得到令人失望的结果。研究对象通常不会看到全新的红绿蓝黄色调,而是将混合后的颜色描述为泥棕色[来源:Wolchover].其他人会看到绿色的田野上散布着像素化的红点。不可能的颜色变成了一个科学笑话。

但在2010年,不可能的颜色又回到了头条。这一次,来自俄亥俄州赖特-帕特森空军基地的两位视觉研究人员相信,他们已经确定了为什么克兰和皮塔塔尼达能在其他人失败的地方取得成功。

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在《科学美国人》的一篇文章中,生物物理学家Vincent Billock和Brian Tsou认为眼球追踪和亮度(亮度)的结合是欺骗眼睛的关键大脑看到不可能的颜色[来源:Billock和祖文萃].

Billock和Tsou进行了他们自己的实验,实验对象再次被绑在下巴托上,并由最新的视网膜跟踪技术监测。随着图像稳定到受试者的眼球运动,Billock和Tsou开始调整两种颜色条纹的亮度或亮度。

如果亮度有所不同,受试者就会体验到之前实验中描述的像素化颜色。但如果这两种颜色的亮度相等,那么7个观察者中有6个看到了不可能的颜色。Billock和祖文萃].更妙的是,在实验结束后的几个小时里,其中两个人还能在脑海中看到新的颜色。

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更多的信息

作者的笔记:不可能的颜色是如何工作的

让我们花一点时间来欣赏彩色视觉的奇迹。动物王国已经发展出了生物技术,可以探测反射光能量波长的细微变化,并将数据转换成3-D彩色图像。据估计,人类能看到多达1000万种不同的颜色。我们到底为什么进化出这种能力?这样克雷奥拉就能发行1000万盒蜡笔了?一些进化生物学家认为,灵长类动物进化出三原色视觉是为了帮助我们识别彩色浆果。其他动物的眼睛和大脑可以看到可见光谱之外的东西。蜜蜂能看见红外线。蝴蝶和一些鱼能感知紫外线。不可能存在的颜色让你想知道还有什么是我们看不见的…… yet.

相关文章

  • Billock,文森特·a·;祖文萃,布莱恩·H。“不可能的颜色:看不存在的色调。”《科学美国人》。2010年2月(2015年5月30日)https://www.scientificamerican.com/article/seeing-forbidden-colors/
  • 拿骚,库尔特。“颜色”。《大英百科全书》(2015年5月30日)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/126658/colour/
  • 潘通色卡。“我们如何看到颜色?”(2015年5月30日)http://www.pantone.com/pages/pantone/Pantone.aspx?pg=19357&ca=29
  • 威尔金斯,Alasdair。《训练自己看到不可能的颜色》io9。2010年12月9日(2015年5月30日)http://io9.com/5710434/train-yourself-to-see-impossible-colors
  • Wolchover,娜塔莉。《红绿蓝黄:你看不见的绚丽色彩》(Red-Green & Blue-Yellow: The amazing Colors You Can See)。生活的科学。2012.1.17 (2015.5.30) http://www.livescience.com/17948-red-green-blue-yellow-stunning-colors.html

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