马克·昌吉兹如何通过眼镜战胜色盲

本文最初发表于io9。

2AI 实验室的两名研究人员开发出一种可穿戴眼镜设备，可有效治愈红绿色盲。该技术名为 O2Amps，其工作原理是利用我们通过观察他人皮肤颜色就能知道其血液中氧气含量的能力。开发人员 Mark Changizi 在考虑了色觉的进化基础后提出了这个非传统的想法。他的独特理论最终促成了眼镜的开发，这种眼镜使佩戴者能够更清楚地感知情绪和社交暗示——并且，意想不到的是，解决了色盲问题。我们联系了 Changizi 以了解更多信息。

这一突破最令人着迷的方面之一是它是如何产生的。Changizi 是《Harnessed: How Language and Music Mimicked Nature and Transformed Ape to Man》一书的作者，他长期研究人类思考、感受和观察的各种方式。他对字母的形状、语言的起源提出了独到的见解，最近他又提出了为什么人类和其他灵长类动物具有色觉等问题。

“色觉用于感知情绪和状态”理论

“大多数哺乳动物——狗、马、兔子——都有两个颜色维度，”他告诉 io9，“一个是黄蓝色维度，另一个是灰度（或亮度）维度。然而，我们一些灵长类动物却有一个额外的颜色视觉维度：红绿色维度。”

昌吉兹说，目前流行的理论是，灵长类动物进化出色觉是为了帮助它们在森林中寻找水果。然而，这一观点的问题在于，灵长类动物的饮食在那些拥有与我们相同三维色觉的灵长类动物中差异很大——而我们所有人的色觉种类都相同。

“我想知道，我们的色觉是否是为了感知我们灵长类动物的同类，感知我们在脸部、臀部和生殖器上显示的红晕和其他信号，”他告诉我们。如果是这样，昌吉兹说，那么拥有色觉的灵长类动物应该有裸露的斑点。

果然，事实确实如此：具有色觉的灵长类动物的面部和臀部都是裸露的，有时身体其他部位（如胸部）也会有裸露的斑点。大多数其他灵长类动物的面部和身体都是典型的、类似哺乳动物的、毛茸茸的、非裸露的。

“此外，如果我的颜色用于感知情绪和状态的理论是正确的，那么我们这种色觉背后的机制应该对皮肤中的血液信号特别敏感，而这种信号是我们皮肤发出信号能力的基础。”

事实上，我们血液变化以发出信号的主要方式之一是血液含氧量的变化。而为了在可见光谱内对此敏感，事实证明我们需要拥有 M 和 L 视锥细胞中发现的特殊视锥细胞敏感性。

“它们很奇怪，”Changizi 说，“因为它们对波长的敏感度非常相似，乍一看这是一个糟糕的设计。就像你的相机的三个均匀分布的彩色滤光片 R、G 和 B 一样，你会认为我们的视锥细胞对光谱的敏感度也是均匀分布的。然而，我们灵长类动物的 M 和 L 视锥细胞彼此相邻。然而，这只是一个坏主意，直到你意识到它需要这样才能准确感知血液中氧含量的变化。”

从理论到实践

在理论计算机科学家蒂姆·巴伯 (Tim Barber) 的协助下，昌吉兹将他的色觉理论应用到了眼镜上。具体来说，两人发明了一种滤光技术，进一步增强了眼睛观察皮下血液的能力。它的工作原理是从血液信号中去除“视觉噪音”。

最初，他们打算将该设备用于实际的一般用途。“毕竟，看到这些信号就是我们日常的色彩视觉的目的，”他告诉我们。

“但我们突然想到，我们的技术也可能为色盲患者带来好处——这甚至在我们的专利中提到过——但那并不是我们当时的主要想法。但是，随着我们越来越多地演示滤镜，我们收到了色盲用户的反馈，他们声称我们的一项技术让他们大吃一惊，因为它能够‘治愈’他们的色盲。”

出于好奇，Changizi 和 Barber 联系了更多的色盲患者，希望获得更多关于他们经历的反馈和信息。一旦他们弄清了视锥细胞和血液所经历的光谱调制之间的联系，他们就意识到他们可以做得更好。

“我们的 Oxy-Amp 是我们技术的核心——还有其他两种技术，Oxy-Iso 和 Hemo-Iso——它可以阻挡窄带光，这些光相当于氧合信号的噪音。通过这样做，Oxy-Amp 进一步增强了我们感知他人皮肤氧合变化的能力，这正是我们的红绿色感知进化而来的感觉。而且成本很低甚至没有成本，因为阻挡的波段非常窄，”他说。