大脑如何将光波转化为色彩体验

感知周围环境中的某样东西 — 任何事物 — 都意味着意识到你的感官正在探测什么。今天，哥伦比亚大学的神经科学家首次发现果蝇的脑细胞回路可以将原始感官信号转化为可以指导行为的颜色感知。

他们的研究成果发表在《自然神经科学》杂志上。

“我们中的许多人都认为我们每天看到的丰富色彩是理所当然的——成熟草莓的或孩子眼睛里的深棕色。但这些颜色并不存在于我们的大脑之外，”哥伦比亚大学扎克曼研究所首席研究员、论文通讯作者Rudy Behnia博士说。相反，她解释说，颜色是大脑在理解眼睛检测到的较长和较短波长的光时构建的感知。

贝尼亚博士说：“将感觉信号转化为对世界的感知是大脑帮助生物生存和繁衍的方式。”

“问我们如何感知世界似乎是一个简单的问题，但回答它却是一个挑战，”Behnia 博士补充道。“我希望，我们揭示色彩感知背后的神经原理的努力将帮助我们更好地理解大脑如何提取环境中对度过每一天至关重要的特征。”

在新论文中，研究小组报告称，他们在果蝇体内发现了一种特殊的神经元网络，这种神经元是一种脑细胞，能对各种色调做出选择性反应。色调是指与特定波长或光波长组合相关的感知颜色，而这些光波长本身并不是彩色的。这些色调选择性神经元位于视叶内，即大脑中负责视觉的区域。

这些神经元对各种色调作出反应，包括人类认为是紫色的色调，以及与紫外线波长(人类无法察觉)相对应的色调。检测紫外线色调对于某些生物(如蜜蜂和果蝇)的生存至关重要;例如，许多植物都具有紫外线模式，可以帮助引导昆虫找到花粉。

科学家之前曾报告称，动物大脑中存在对不同颜色或色调(例如或绿色)有选择性反应的神经元。但没有人能够追踪这种色调选择性的神经机制。

这正是最近推出的果蝇大脑连接组大有裨益的地方。贝尼亚博士说，这张复杂的地图详细描绘了果蝇罂粟籽大小的大脑中约 13 万个神经元和 5000 万个突触是如何相互连接的。贝尼亚博士还是哥伦比亚大学瓦杰洛斯内外科医学院的神经科学助理教授。

以连接组作为参考(类似于拼图盒上的一张图片作为一千块拼图的指南)，研究人员利用对脑细胞的观察绘制出一张图表，他们怀疑这张图表代表了色调选择性背后的神经回路。然后，科学家将这些回路描绘成数学模型，以模拟和探索回路的活动和功能。

“数学模型是一种工具，它使我们能够更好地理解像所有这些脑细胞及其相互连接这样混乱而复杂的事物，”论文共同第一作者、前 Behnia 博士实验室成员Matthias Christenson博士说。“有了这些模型，我们就可以理解所有这些复杂性。”同样对建模工作做出重要贡献的还有Larry Abbott博士，他是 William Bloor 理论神经科学教授、生理学和细胞生物物理学教授，也是 Zuckerman 研究所的首席研究员。