生命科学学院唐世明课题组与合作者揭示大脑中颜色感知的调色板机制

2020年8月26日,Neuron期刊在线发表了题为《猕猴V1,V2和V4等级化的颜色处理机制》的研究论文,该研究由中国科学院神经科学研究所王伟研究组与北京大学生命科学学院唐世明研究组合作完成。该研究利用内源性信号光学成像、双光子成像和电生理记录等手段,详细描绘了等级化的不同视觉脑区的色调图结构,揭示了认知颜色空间形成的神经机制。

论文截图

英国科学家牛顿早在18世纪就意识到,光波是电磁波,它本身并不具有颜色。我们能感知数千种不同的色调,是因为大脑中存在编码不同波段可见光的神经元(选择性反应)。从视网膜开始,作为光探测器的视锥细胞有三种,分别检测短波、中波和长波段的可见光,按照红、绿、蓝三原色的调色机制,我们就能感觉到千变万化的颜色。

然而我们的研究发现,大脑能感知丰富多彩的颜色世界并非是顺理成章的事情。在初级视皮层V1中,对于处在可见光波段两端的红色和蓝色,选择性反应的神经元要比编码其他颜色的神经元多,但这种不均衡的“调色板”在V2脑区逐渐得以改善,而在V4对7种颜色编码的神经元数量则已经变得较为均衡,形成调和均衡的七彩调色板。因此,大脑中与我们主观颜色感知匹配的色调图(调色板)是在较高级的皮层完成的。

A,光的本质是电磁波,本身并没有颜色。视网膜上的视锥细胞可将光谱信息转化为神经信号,大脑再将这些信号加工处理最终创造出我们对颜色的主观感知。B,本研究利用多种技术手段,描绘并分析了V1、V2、V4三个连续视觉脑区中的色调图。C,通过定量检测三个不同等级的视觉皮层的色调图(调色板),研究者发现大脑中编码颜色的神经元(调色板),随着视觉皮层处理等级上升,存在一个逐步调和、均衡的脑机制,最终与我们主观认知的色调空间相匹配。

中国科学院神经科学研究所刘晔博士和北京大学交叉科学研究院李明博士(已毕业)是本文的共同第一作者,唐世明和王伟是本文共同通讯作者。伦敦大学学院的Stewart Shipp博士、曼彻斯特大学的Niall McLoughlin博士、中国科学技术大学的杨煜鹏博士在研究的不同阶段作出了贡献。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院、上海市教育部的资助。

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