有些人終生“不分青紅皂白”,卻從不自知……
2021年02月21日11:36

  來源:十點科學

色盲眼鏡可以幫一些色盲患者看到一個色彩更鮮明的世界。|圖蟲創意
色盲眼鏡可以幫一些色盲患者看到一個色彩更鮮明的世界。|圖蟲創意

  作者|徐斯佳 京都大學醫學院

  如果問五大感官中哪個最重要,想必很多人第一反應是視覺。俗話說“眼見為實”,視覺以最直接的方式建立了我們對世界的感知。而對色彩的辨別又是其中的核心能力之一。

  我們常在影視作品中看到,那些患有“色盲”的人如何在黑白的生活中遭遇大大小小的麻煩:他們難以識別食物的種類,看不出家人的氣色好壞,無法辨別各種信號圖標,衣服也搭配得亂七八糟 ……

  你知道嗎,平均每12名男性、每200名女性中,就有1人是“色盲”,但很多人終其一生都不曾察覺。這有可能嗎?又有哪些神奇的技術,可以幫助他們看見五彩斑斕的世界?

正常視覺和紅綠色盲患者看到的信號燈顏色並不相同。 | enchroma.com
正常視覺和紅綠色盲患者看到的信號燈顏色並不相同。 | enchroma.com

  男性更“不辨青紅皂白”?

  人眼識別萬千色彩,靠的是視網膜上的錐細胞。它們可細分為三種,分別感知紅色為主的長波長光(600~780nm)、綠色中波長光 (500~530nm)以及藍色短波長光 (400~450nm)。當不同顏色的光刺激視網膜,就會引起各類錐細胞不同程度的興奮,它們把光刺激轉換成電信號,傳遞給大腦。

  粗略估算,每種健康的錐細胞可分辨100級色調,故正常人眼可辨別的色彩種類高達100萬種。光信號按不同比率組合,像調色盤一樣,在我們腦海中呈現出世界的五彩繽紛。

眼底視網膜上的三種錐細胞(代號S、M、L)能感知進入眼中的不同波段的光線。| 作者整理
眼底視網膜上的三種錐細胞(代號S、M、L)能感知進入眼中的不同波段的光線。| 作者整理

  眼部疾病、化學毒物、營養不良等,都可能使原本正常的辨色能力受損,但絕大多數色盲是先天遺傳所致。基因缺陷可造成錐細胞不同程度的功能受損。

  通常在人群中最為常見的是紅綠色盲。因為負責感知這兩種色彩的感光色素基因都位於X染色體上,紅綠色盲遺傳給後代的機會更大,且男性比女性患病率更高。女性有兩條X染色體,當其中一條被影響,另一條仍能發揮正常功能(這種情況下,女性自己的辨色能力雖不受影響,但攜帶的問題基因仍可遺傳給後代)。相比之下,男性只有一條X染色體,一旦中招就沒有備選,辨色能力勢必受到影響。

  色盲的實際比例比我們想像的高得多,男性平均比例1:12,女性1:200。你或許覺得不可思議:看看周圍,色盲好像並不常見呀!

  其實,雖然被稱為“盲”,真正一眼望去世界只有黑白二色的“全色盲”是很稀少的,概率僅約十萬分之一。絕大多數患者其實是“色覺異常”,不健康的可能是特定的某一種錐細胞,程度也各不相同。很多患者終其一生都沒有意識到自己是色盲,是因為他們的辨色能力仍然存在,只是和正常人相比,對部分色彩的飽和度、明亮度的感受力變弱了。

  一種常見的情況是錐細胞的波長識別範圍發生了偏移。比如說,負責紅光和綠光的兩種錐細胞,其感光色素基因具有高度同源性,且位置相鄰,所以它們之間常常會發生重組,導致基因融合或雜交,最終產生不正常的色素。因此,很多色盲患者都是對紅、綠光的辨別能力弱。青翠的森林在他們眼中可能是暗淡的、向紅色區偏移的棕色調。但他們從小都適應了這樣的顏色,以為那就是森林原本的顏色,有時即使被指出,也會認為是對色彩的主觀理解不同,忽略了生理性的原因。

紅綠色盲眼中的蔬果(右)。|圖蟲創意
紅綠色盲眼中的蔬果(右)。|圖蟲創意

  除了錐細胞受損,其他疾病也可能影響眼睛對色彩的感知,如老年人的“白內障”。由於混濁的晶狀體難以透過短波長的光線,所以白內障患者往往難以感知到藍色、紫色,而對紅、綠色的辨識能力則相對好些。

同一幅莫奈的油畫,左側為白內障患者眼中的色彩,右側是手術後所見。| jfly.iam.u-tokyo.ac.jp
同一幅莫奈的油畫,左側為白內障患者眼中的色彩,右側是手術後所見。| jfly.iam.u-tokyo.ac.jp

  讓無數猛漢落淚的色盲眼鏡

  令人驚奇的是,對於色盲患者來說,一副特殊材質的眼鏡就能改變他們的生活。無論是第一次通過人工耳蝸助聽到自己孩子的呼喚,還是第一次戴上神奇眼鏡看到生機盎然的草木、戀人紅潤的唇瓣,當被疾病遮蔽的感官終於與真實世界連通,再冷靜堅強的人都難免被生命原本的豐富感動到潸然淚下。

  上面也提到,我們最終看到什麼顏色,取決於紅、綠、藍三種光信號通過錐細胞處理後傳遞給大腦的比例。而色盲患者的錐細胞負責的目標波長範圍經常發生偏移。比如一種情況就是,辨別紅色光和綠色光的兩種錐細胞分工不明,混作一團,最終令大腦無法分清紅色和綠色的區別,於是本該紅綠分明的物體全都成了暗淡的“棕色”。

色盲原因,以及色盲眼鏡幫助患者區分不同波長的光線 | Tech Insider
色盲原因,以及色盲眼鏡幫助患者區分不同波長的光線 | Tech Insider

  色盲眼鏡的外觀和普通太陽鏡沒什麼差別,本質上也是一種濾鏡。它能阻止一部分特定波長的光線通過,例如紅色光和綠色光在光譜上波長毗鄰、經病變錐細胞辨識時常發生錯誤重疊的那部分。同時,鏡片為波長區別較大的光線放行,它們更容易被錐細胞識別。如此一來,在眼鏡的幫助下,兩種顏色信號呈遞給大腦的正確比例就會增加,患者就能分辨出更豐富的色彩。

  第一次嚐試色盲眼鏡的少年看著紅色和綠色的氣球,激動地說:“看呐,它們是不一樣的!”

  你應該也意識到了,色盲眼鏡透過的光線量是減少的,因此並不適合在光線昏暗的場所使用,也不適合白內障、重度視力減退等患者。目前,適合夜間使用、更精細區分其他波段的色盲眼鏡正在陸續問世,但價格普遍比較昂貴。

  如果晚上想在家裡舒舒服服追個劇怎麼辦呢?戴副墨鏡好像也怪怪的。幸好,還有其他技術來幫忙。

  數字視覺強化技術來幫忙

  2014年,英國東英吉利大學研發並上市了一款特殊的機頂盒,讓色盲患者無需佩戴任何設備,便可裸眼享受“全彩”電視節目。機頂盒內置的數學模型能逐幀分析電視畫面,找出其中色盲患者可能難以區分的區域,進行數字強化後輸出。色覺正常的人幾乎不會察覺到畫面的變化,而同時,坐在他身旁的色盲患者卻可以擁有更鮮明的視覺體驗。

  這項技術原本只用在靜態圖像上,在電視畫面上的運用受到了廣泛歡迎,尤其是經常居家的老年人和行動不便人士。目前,通過與各電視機生產商合作,這項技術已經被內置為可通過畫面菜單一鍵開啟的選項,令科技的關懷觸手可及。

  根治色盲:往眼裡注射病毒?!

  但外部設備畢竟是治標不治本,而且對錐細胞(數量或功能)喪失型的色盲效果十分微弱。為此醫學界一直在研髮根治色盲的方法。近十餘年來,取得較大進展的是以病毒為載體的基因療法。

  2020年5月,德國圖賓根大學一項研究發現,約三分之一色盲症患者,其錐細胞中一個叫CNGA3的基因存在缺陷。利用病毒能輕鬆進入人體細胞的特點,研究人員將正確的基因片段安插在對人體無害的腺相關病毒(AAV)載體中,向視網膜注射,讓這些治療性病毒接觸病變錐細胞。約幾週後,這些細胞可經由正確的基因片段,產生健康的感光色素、修復辨色功能。

  目前該療法在9名24~59歲的成年患者中得到了較好的反應。但伴隨的新問題是,這些人先天患病,大腦從未感知過正常色彩,所以還需訓練大腦從視網膜新獲得顏色信號中感知真實的世界。這一點上,年紀越小的患者越有潛力,但出於安全考慮,新研究在兒童身上的嚐試總是比較滯後。

  其實,以相同技術原理治療眼科疾病早有珠玉在前。羅氏旗下Spark Therapeutics公司開發的藥物Luxturna,就是一款AAV載體藥物,通過視網膜下注射,治療基因突變造成的視力喪失遺傳性視網膜營養不良。該藥物於2017年獲美國FDA批準。相信不遠的未來,治療遺傳性色盲的藥物也將來臨。

  我們欣喜地看到,為了讓患者重新感知這個多姿多彩的世界,醫學、物理學、材料學、數學等眾多學科的力量被集結到一起,共同創造了一個又一個奇蹟。與世間美好一同照耀進我們眼底的,還有科技對人的深切關懷。

圖片來自網絡
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