本文来自微信公众号：十点科学（ID：Science_10），作者：徐斯佳（京都大学医学院），编辑：陈天真，责编：高佩雯，头图来自：视觉中国

如果问五大感官中哪个最重要，想必很多人第一反应是视觉。俗话说“眼见为实”，视觉以最直接的方式建立了我们对世界的感知。而对色彩的辨别又是其中的核心能力之一。

我们常在影视作品中看到，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烦：他们难以识别食物的种类，看不出家人的气色好坏，无法辨别各种信号图标，衣服也搭配得乱七八糟 ……

你知道吗，平均每12名男性、每200名女性中，就有1人是“色盲”，但很多人终其一生都不曾察觉。这有可能吗？又有哪些神奇的技术，可以帮助他们看见五彩斑斓的世界？

正常视觉和红绿色盲患者看到的信号灯颜色并不相同。 | enchroma.com

男性更“不辨青红皂白”？

人眼识别万千色彩，靠的是视网膜上的锥细胞。它们可细分为三种，分别感知红色为主的长波长光（600~780nm）、绿色中波长光 （500~530nm）以及蓝色短波长光 （400~450nm）。当不同颜色的光刺激视网膜，就会引起各类锥细胞不同程度的兴奋，它们把光刺激转换成电信号，传递给大脑。

粗略估算，每种健康的锥细胞可分辨100级色调，故正常人眼可辨别的色彩种类高达100万种。光信号按不同比率组合，像调色盘一样，在我们脑海中呈现出世界的五彩缤纷。

眼底视网膜上的三种锥细胞（代号S、M、L）能感知进入眼中的不同波段的光线。| 作者整理

眼部疾病、化学毒物、营养不良等，都可能使原本正常的辨色能力受损，但绝大多数色盲是先天遗传所致。基因缺陷可造成锥细胞不同程度的功能受损。

通常在人群中最为常见的是红绿色盲。因为负责感知这两种色彩的感光色素基因都位于X染色体上，红绿色盲遗传给后代的机会更大，且男性比女性患病率更高。女性有两条X染色体，当其中一条被影响，另一条仍能发挥正常功能（这种情况下，女性自己的辨色能力虽不受影响，但携带的问题基因仍可遗传给后代）。相比之下，男性只有一条X染色体，一旦中招就没有备选，辨色能力势必受到影响。

色盲的实际比例比我们想象的高得多，男性平均比例1:12，女性1:200。你或许觉得不可思议：看看周围，色盲好像并不常见呀！

其实，虽然被称为“盲”，真正一眼望去世界只有黑白二色的“全色盲”是很稀少的，概率仅约十万分之一。绝大多数患者其实是“色觉异常”，不健康的可能是特定的某一种锥细胞，程度也各不相同。很多患者终其一生都没有意识到自己是色盲，是因为他们的辨色能力仍然存在，只是和正常人相比，对部分色彩的饱和度、明亮度的感受力变弱了。

一种常见的情况是锥细胞的波长识别范围发生了偏移。比如说，负责红光和绿光的两种锥细胞，其感光色素基因具有高度同源性，且位置相邻，所以它们之间常常会发生重组，导致基因融合或杂交，最终产生不正常的色素。

因此，很多色盲患者都是对红、绿光的辨别能力弱。青翠的森林在他们眼中可能是暗淡的、向红色区偏移的棕色调。但他们从小对此习以为常，以为那就是森林原本的颜色，有时即使被指出，也会认为是对色彩的主观理解不同，忽略了生理性的原因。

除了锥细胞受损，其他疾病也可能影响眼睛对色彩的感知，如老年人的“白内障”。由于混浊的晶状体难以透过短波长的光线，所以白内障患者往往难以感知到蓝色、紫色，而对红、绿色的辨识能力则相对好些。

同一幅莫奈的油画，左侧为白内障患者眼中的色彩，右侧是手术后所见。| jfly.iam.u-tokyo.ac.jp

让无数猛汉落泪的色盲眼镜

令人惊奇的是，对于色盲患者来说，一副特殊材质的眼镜就能改变他们的生活。无论是第一次通过人工耳蜗助听到自己孩子的呼唤，还是第一次戴上神奇眼镜看到生机盎然的草木、恋人红润的唇瓣，当被疾病遮蔽的感官终于与真实世界连通，再冷静坚强的人都难免被生命原本的丰富感动到潸然泪下。

上面也提到，我们最终看到什么颜色，取决于红、绿、蓝三种光信号通过锥细胞处理后传递给大脑的比例。而色盲患者的锥细胞负责的目标波长范围经常发生偏移。比如一种情况就是，辨别红色光和绿色光的两种锥细胞分工不明，混作一团，最终令大脑无法分清红色和绿色的区别，于是本该红绿分明的物体全都成了暗淡的“棕色”。

‍色盲原因，以及色盲眼镜帮助患者区分不同波长的光线 | Tech Insider

色盲眼镜的外观和普通太阳镜没什么差别，本质上也是一种滤镜。它能阻止一部分特定波长的光线通过，例如红色光和绿色光在光谱上波长毗邻、经病变锥细胞辨识时常发生错误重叠的那部分。同时，镜片为波长区别较大的光线放行，它们更容易被锥细胞识别。如此一来，在眼镜的帮助下，两种颜色信号呈递给大脑的正确比例就会增加，患者就能分辨出更丰富的色彩。

第一次尝试色盲眼镜的少年看着红色和绿色的气球，激动地说：“看呐，它们是不一样的！”

你应该也意识到了，色盲眼镜透过的光线量是减少的，因此并不适合在光线昏暗的场所使用，也不适合白内障、重度视力减退等患者。目前，适合夜间使用、更精细区分其他波段的色盲眼镜正在陆续问世，但价格普遍比较昂贵。

如果晚上想在家里舒舒服服追个剧怎么办呢？戴副墨镜好像也怪怪的。幸好，还有其他技术来帮忙。

数字视觉强化技术来帮忙

2014年，英国东英吉利大学研发并上市了一款特殊的机顶盒，让色盲患者无需佩戴任何设备，便可裸眼享受“全彩”电视节目。机顶盒内置的数学模型能逐帧分析电视画面，找出其中色盲患者可能难以区分的区域，进行数字强化后输出。色觉正常的人几乎不会察觉到画面的变化，而同时，坐在他身旁的色盲患者却可以拥有更鲜明的视觉体验。

这项技术原本只用在静态图像上，在电视画面上的运用受到了广泛欢迎，尤其是经常居家的老年人和行动不便人士。目前，通过与各电视机生产商合作，这项技术已经被内置为可通过画面菜单一键开启的选项，令科技的关怀触手可及。

根治色盲：往眼里注射病毒？！

但外部设备毕竟是治标不治本，而且对锥细胞（数量或功能）丧失型的色盲效果十分微弱。为此医学界一直在研发根治色盲的方法。近十余年来，取得较大进展的是以病毒为载体的基因疗法。

2020年5月，德国图宾根大学一项研究发现，约三分之一色盲症患者，其锥细胞中一个叫CNGA3的基因存在缺陷。利用病毒能轻松进入人体细胞的特点，研究人员将正确的基因片段安插在对人体无害的腺相关病毒（AAV）载体中，向视网膜注射，让这些治疗性病毒接触病变锥细胞。约几周后，这些细胞可经由正确的基因片段，产生健康的感光色素、修复辨色功能。

目前该疗法在9名24~59岁的成年患者中得到了较好的反应。但伴随的新问题是，这些人先天患病，大脑从未感知过正常色彩，所以还需训练大脑从视网膜新获得颜色信号中感知真实的世界。这一点上，年纪越小的患者越有潜力，但出于安全考虑，新研究在儿童身上的尝试总是比较滞后。

其实，以相同技术原理治疗眼科疾病早有珠玉在前。罗氏旗下Spark Therapeutics公司开发的药物Luxturna，就是一款AAV载体药物，通过视网膜下注射，治疗基因突变造成的视力丧失遗传性视网膜营养不良。该药物于2017年获美国FDA批准。相信不远的未来，治疗遗传性色盲的药物也将来临。

我们欣喜地看到，为了让患者重新感知这个多姿多彩的世界，医学、物理学、材料学、数学等众多学科的力量被集结到一起，共同创造了一个又一个奇迹。与世间美好一同照耀进我们眼底的，还有科技对人的深切关怀。

参考资料

1.《ユニバーサルデザインにおける色覚バリアフリーへの提言》URL: http://jfly.iam.u-tokyo.ac.jp/html/color_blind/handout.pdf

2.https://www.aao.org/eye-health/tips-prevention/do-color-blindness-correcting-glasses-work

3.党凤良.谈人的色觉与色盲[J].生物学教学,2007(12):61-63.

4.M. Dominik Fischer et al. Safety and Vision Outcomes of Subretinal Gene Therapy Targeting Cone Photoreceptors in Achromatopsia, JAMA Ophthalmology (2020). DOI: 10.1001/jamaophthalmol.2020.1032

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