2022-11-24 11:30:59

科学家研究红色对脑电波的影响

当视网膜上的视锥细胞被激活时,人类就能感知颜色。它们对光刺激的反应是将其转化为电信号,然后将其传输到大脑。如果在RGB颜色空间中选择了最大的颜色,大脑就会产生不同程度的伽马振荡(上一行)。下面这行显示的颜色在同样程度上激活了视网膜视锥,并在大脑中产生了同样强烈的伽马振荡。信贷:©ESI / C。Kernberger

红色具有信号和警告作用。这种颜色特异性是如何在大脑中反映出来的呢?

恩斯特Strüngmann神经科学研究所的科学家们现在研究了红色是否更容易引发脑电波的问题Ngly比其他颜色。

红灯让我们停下来。因为它们的颜色,我们可以立即发现树上成熟的樱桃。红色被认为是一种信号和警告作用。然而,这也反映在大脑中吗?恩斯特Strüngmann神经科学研究所(ESI)的研究人员现在已经调查了这个问题。他们想知道红色是否比其他颜色更能激发脑电波。

这项新研究的重点是早期视觉皮层,也被称为V1。它是大脑中最大的视觉区域,也是最先接受视网膜输入的区域。当这个区域受到强烈且空间均匀的图像刺激时,脑电波(振荡)以一种被称为伽马波段(30-80赫兹)的特定频率出现。但并不是所有的图像都能在相同程度上产生这种效果。这项研究由Benjamin J. Stauch、Alina Peter、Isabelle Ehrlich、Zora Nolte和ESI主管Pascal Fries共同完成,并于今年早些时候发表在《eLife》杂志上。

大脑解剖学插图。

颜色很难定义

该研究的第一作者Benjamin J. Stauch解释说:“最近,许多研究试图探索哪种特定的输入驱动了伽马波。”“一种视觉输入似乎是彩色的表面。尤其是红色的。研究人员解释说,这意味着红色在进化上对视觉系统是特殊的,因为例如,水果通常是红色的。”

但是颜色的影响如何被科学证明呢?还是反驳?毕竟,客观地定义一种颜色是困难的,在不同的研究中比较颜色也同样困难。每个电脑显示器显示的颜色都不一样,所以一个屏幕上的红色和另一个屏幕上的红色是不一样的。此外,有多种方法来定义颜色:基于单一显示器、感知判断,或基于它们的输入对人类视网膜的影响。

颜色会激活感光细胞

当视网膜上的视锥细胞被激活时,人类就能感知颜色。它们对光刺激的反应是将其转化为电信号,然后将其传输到大脑。为了识别颜色,我们需要几种视锥细胞。每种类型对特定范围的波长都特别敏感:红色(L锥)、绿色(M锥)或蓝色(S锥)。然后,大脑比较各自视锥细胞的反应强度,并推断出颜色印象。

这对所有人都是一样的。因此,通过测量颜色对不同视锥细胞的激活程度,就有可能客观地定义颜色。对猕猴的科学研究表明,早期灵长类动物的视觉系统基于这些视锥有两个颜色轴:L-M轴将红色与绿色相比较,S - (L+M)轴将黄色与紫色相比较。“我们相信,当研究人员想要探索伽马振荡的强度时,基于这两个轴的颜色坐标系是定义颜色的正确方法。它根据颜色激活早期视觉系统的强烈程度和方式来定义颜色,”本杰明·j·斯塔赫说。因为之前关于颜色相关伽马振荡的工作大多是在少数灵长类动物或人类参与者的小样本中进行的,但锥体激活的光谱在基因上因人而异,他和他的团队想测量更大的个体样本(N = 30)。

红色和绿色有同样的效果

在此过程中,Benjamin J. Stauch和他的团队研究了红色是否具有特殊意义,以及这种颜色是否比相同颜色强度的绿色(即锥对比)产生更强的伽马振荡。一个附带的问题是:颜色引起的伽马振荡是否也能被脑磁图检测到?脑磁图是一种测量大脑磁活动的方法。

他们得出的结论是,就其诱导的伽马振荡强度而言,红色并不是特别强。相反,红色和绿色在相同的L-M锥体绝对对比度下,在早期视觉皮层产生同样强烈的伽马振荡。此外,颜**发的伽马波可以在仔细处理的情况下通过人类脑磁图测量,所以未来的研究可以遵循3R原则,通过使用人类而不是非人类灵长类动物进行动物实验(减少,替换,改进)。

只激活s锥(蓝色)的颜色通常只会引起早期视觉皮层的弱神经元反应。在某种程度上,这是可以预料的,因为s锥在灵长类动物的视网膜中不太常见,进化上更老,更迟钝。

视觉假肢的发展

这项由ESI科学家领导的研究,了解了早期人类视觉皮层是如何编码图像的,可能有一天会用于帮助开发视觉假肢。这些假体可能试图激活视觉皮层,以诱导视网膜受损的人产生类似视觉的感知效果。然而,这一目标还有很长的路要走。在此之前,需要对视觉皮层对视觉输入的具体反应有更多的了解。

参考文献:Benjamin J Stauch、Alina Peter、Isabelle Ehrlich、Zora Nolte和Pascal Fries的“人类视觉伽马颜色刺激”,2022年5月9日,eLife。DOI: 10.7554 / eLife.75897