色盲患者看到缤纷色彩,竟然源自一个意外

作者: 蒋海宇

来源: 知识分子

发布日期: 2018-11-15

色盲矫正眼镜的发明源自一次意外,通过过滤特定光线帮助色盲患者看到原本看不见的色彩,展示了科学与日常生活的紧密联系。

如果你和我一样幸运,你可能也曾看到过一些极为纯粹的美好事物。它们太美好,使得你的感官过载,来不及处理瞬时涌入的信息。你呆在原处,情不自禁地流泪。

Jim和哥哥都是绿色色盲患者,2016年,他们的妈妈用视频记录了他们通过色弱矫正眼镜,第一次看到缤纷色彩时的反应。

让Jim看到新色彩的眼镜,由玻璃学科学家Don McPherson和数学家Andrew Schmeder一同发明。你也许会以为这副眼镜是几百年来光学研究积累的结果,但Don McPherson却于今年八月,在美国全国公共广播电台的《金钱星球》节目上坦白:这完全是个意外。

20世纪90年代,McPherson正在尝试解决一个和色盲毫不相干的问题。外科医生做手术可能会用到激光,而McPherson想为这些医生制作一副激光防护眼镜。那些外科医生恨死我的眼镜了,因为眼镜把他们的整个视野都变成了橘黄色,让他们分不清骨头和其他组织。McPherson说。他制作的眼镜镜片是橘黄色的,所以透过镜片的视野也成了橘黄色。

作为外科手术眼镜,McPherson的发明被嫌弃了。

不过由于眼镜造型帅气,他和一些外科医生朋友开始在户外戴着它们作太阳眼镜用。一天,阳光明媚,McPherson戴着眼镜去和朋友Michael玩飞盘。Michael是一个色盲患者,从来没有看见过橘黄色。你说巧不巧,Michael忘带自己的太阳镜了,便借McPherson的手术眼镜使。天哪!我能看到橘黄色了!我从来没看到过橘黄色!Michael吃惊地说道。

柳暗花明又一村,McPherson从此便走向了色盲眼镜研制的道路。他申请到了美国国立卫生研究院的资金支持,也为自己找到了一个合作伙伴:数学家兼计算机科学家Andrew Schmeder。

可是,色盲眼镜究竟是如何工作的?什么叫找到了最合适的滤镜?这得先从眼睛的工作原理说起。

视锥细胞:色彩探索者由于Jim无法分辨红色和绿色,在他原来的世界里,一切事物都呈橘黄色。

色盲患者并不罕见。根据美国国立眼科研究院,北欧族裔的人中8%的男性和0.5%的女性患有红绿色盲(目前没有权威的中国色盲人口统计),占色盲总人口的大多数。蓝黄色盲患者的数量次于红绿色盲,只用极少的人会完全丧失色觉。

一个视觉正常的人能看见斑斓世界,归功于视网膜上的三种视锥细胞。三种视锥细胞会在吸收光后发生化学变化,通过神经将信息传给大脑,大脑再对收到的信息进行判断。

三种视锥细胞分别对一定波长的光敏感:对长波敏感的细胞使得我们看到红色,对中波敏感的细胞让我们看到绿色,而对短波敏感的细胞则让我们看到蓝色。当然了,对长波敏感的细胞不是仅仅只对红光产生反应:不同视锥细胞对光的反应范围会有重合,让我们拥有了红黄蓝以外的色觉。

哺乳动物中,拥有三种视锥细胞的人类其实是个特例:包括狗在内的很多哺乳动物,只有两种视锥细胞,都是“色盲”。但在一些这些动物面前,人类也都是“色盲”。很多昆虫,比如蝴蝶,有三种以上的视锥细胞;皮皮虾有十二种视锥细胞,可以骄傲地俯视大多数生物。

言归正传,导致人类色觉缺陷的原因有很多:虽然后天受伤可能导致眼睛、视觉神经、大脑损伤,进而使人失去色觉;多数情况下,色觉缺陷是一种遗传疾病。当负责色觉的基因有缺陷,导致某些视锥细胞过于敏感,或者不够敏感,甚至直接丧失功能,就会产生色觉缺陷。

我们常说的“色盲”其实是有误导性的,科学家们更倾向于用“色觉缺陷(color vision deficiency)”这个词。严格地讲,“色盲”是色觉缺陷的一种,源于某种视锥细胞的完全丧失。

有失才有得:眼镜的原理当患者完全丧失了绿色视锥细胞,他们当然就看不到绿色了我们眼中的绿苹果在他们眼中是黑色的。

但是,很多色觉缺陷都并非源于视锥细胞丧失,而是因为一些细胞过分敏感或不够敏感,导致大脑错误判断接受到的信息。举个例子,当正常眼睛接收到520nm波长的光时,红视锥细胞被55%激活,绿视锥细胞被90%激活。绿色色弱患者的红色视锥细胞则会过分激活(75%),让患者的大脑误判信息,把绿苹果看成琥珀色。红色色弱患者的绿色视锥细胞则激活不够(60%),把红苹果看成黄色或者橄榄色。

基于色觉的原理,色盲眼镜通过这样的方式让色弱患者从新看到色彩:过滤掉那些会使大脑产生误判的光。就这么简单!把那些干扰大脑判断的光剔除,大脑就能正常分辨红色和绿色了。当然,难点就在于要找到合适的滤镜,只滤掉使大脑误判的光,同时尽可能留下其他光。这是工作的难点所在,也是Schemer通过复杂计算机模型解决的问题。

了解眼镜的工作原理后,我们也就知道,视频中的眼镜不能帮助所有色觉缺陷患者:眼镜对丧失某种色锥细胞的人爱莫能助。严格地讲,色盲眼镜该叫作“色弱眼镜”。同时,就像近视眼镜不能治疗,而只能矫正近视,McPherson和Schmeder的眼镜也只能矫正色觉缺陷。

目前还没有治疗色觉缺陷的方法,但据MIT Technology Review报道,华盛顿大学眼科博士Jay Neitz正试图通过基因疗法治疗色觉缺陷,并于2009年在猴子身上演示了该想法的可能性。

得益于视频中的眼镜,Jim能够第一次看到原先看不见的色彩。这种极简单的发明以极具冲击力的方式,向我们展示了科学和人类日常的紧密关联。而科学发明背后的故事,又让我们发现,虽然很多科学发明是依照科学理论,精巧设计后的结果,但另外一些,却非有意为之,而可以被称作“美好的意外”——比如带来医学革命的X光和盘尼西林,比如色盲眼镜。

英语里专门有个词,用来指代这些美好的意外:serendipity。

UUID: 7339aa81-c21e-4735-ac12-3916c9eefd80

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/知识分子公众号-pdf2txt/2018年/2018-11-15_色盲患者看到缤纷色彩,竟然源自一个意外.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0063 元