Một Nghiên cứu Mới Về Màu Sắc Cố Gắng Giải Mã 'Bảng Màu Não'

Bevil Conway, một nghệ sĩ và nghiên cứu não bộ tại Viện Y tế Quốc gia, đam mê màu sắc. Anh ta đặc biệt yêu thích màu nước của công ty Holbein. “Họ có những tông tím rất đẹp mà bạn không thể tìm thấy ở bất kỳ loại sơn nào khác,” anh ta nói. Nếu Conway đang tìm kiếm một gam màu cụ thể—có lẽ là màu đen, gần như màu nâu mà công ty gọi là “Mars Violet” hoặc màu hồng merlot hơn “Quinacridone Violet”—anh ta có thể cuộn qua bảng màu Holbein sắp xếp màu theo độ tương đồng. Bất kỳ ai đã nghĩ đến việc sơn một tường đều quen thuộc với những mảng này: dãy màu chuyển từ màu vàng sáng sang màu xanh, xanh dương, tím, và nâu.

Nhưng nếu Conway quyết định mua sắm ở một công ty sơn khác như Pantone, bảng màu đó, còn được biết đến là một “không gian màu sắc,” sẽ được sắp xếp khác nhau. Và nếu anh ta chọn tham khảo ý kiến của Commission Internationale de l’Éclarage, một tổ chức nghiên cứu và chuẩn hóa các đo lường về ánh sáng và màu sắc, anh ta sẽ tìm thấy một bản đồ duy nhất khác. Conway bị làm bối rối bởi những lựa chọn này. “Tại sao lại có nhiều không gian màu sắc khác nhau như vậy?” anh ta hỏi. “Nếu điều này thực sự phản ánh một cái gì đó cơ bản về cách chúng ta nhìn thấy và nhận thức, thì liệu có nên có một không gian màu sắc không?”

Làm thế nào con người nhìn thấy màu sắc, và mối quan hệ giữa tất cả những gam màu đó, là một câu hỏi mà các nhà khoa học và nhà triết học đã cố gắng trả lời trong hàng thiên niên kỷ. Các người Hy Lạp cổ đại, nổi tiếng không có từ nào để màu xanh lam, đã tranh cãi về việc liệu màu sắc có được tạo nên từ màu đỏ, đen, trắng, và ánh sáng (đó là lý thuyết của Plato), hay liệu màu sắc có phải là ánh sáng thiên nhiên được các vị thần gửi xuống từ trời và mỗi màu sắc là sự kết hợp của trắng và đen hoặc sự sáng và tối (đó là lý thuyết của Aristotle). Thử nghiệm với prisms của Isaac Newton đã xác định thành phần của cầu vồng và dẫn anh ta lý thuyết rằng ba màu chính, từ đó tất cả màu sắc khác được tạo ra, là đỏ, vàng, và xanh lá cây.

Ngày nay, sự hiểu biết khoa học của chúng ta về nhận thức màu sắc có cơ sở trong sinh học. Mỗi màu đại diện cho một phần cụ thể của quang phổ điện từ, mặc dù con người chỉ có thể nhìn thấy phần nhỏ của quang phổ này được biết đến là “ánh sáng nhìn thấy.” Trong những bước sóng nhìn thấy được đối với con người, màu đỏ có bước sóng dài hơn, trong khi màu xanh và màu tím có bước sóng ngắn hơn. Photons của ánh sáng kích thích các tế bào nhận ánh sáng trong mắt, chuyển đổi thông tin đó thành tín hiệu điện được gửi đến võng mạc, nơi xử lý những tín hiệu đó và gửi chúng đến vùng thị giác của não. Nhưng cách mà mắt và hệ thống thần kinh tương tác với những sóng ánh sáng đó, và cách mà một người cảm nhận màu sắc theo cách chủ quan, là hai điều rất khác nhau.

“Một cách để nghĩ về thần kinh học là nó là một nghiên cứu về các biến đổi tín hiệu,” viết Soumya Chatterjee, một nhà nghiên cứu cấp cao tại Viện Nghiên cứu Não của Viện Allen nghiên cứu về thần kinh học của nhận thức màu sắc, trong một email gửi đến MYTOUR. Anh ta nói rằng khi tế bào nhận ánh sáng trong võng mạc đã truyền thông tin đến vùng thị giác, thông tin tiếp tục được biến đổi—và các nhà khoa học vẫn chưa hiểu cách những chuỗi biến đổi đó dẫn đến nhận thức, hoặc trải nghiệm mà một người cụ thể có về màu sắc.

Một số khía cạnh của màu sắc đã có thể được đo lường chính xác. Các nhà khoa học có thể tính toán bước sóng của ánh sáng và độ sáng của màu sắc. Nhưng một khi bạn kết hợp nhận thức của con người vào trong quá trình, mọi thứ trở nên phức tạp hơn một chút. Người ta nhận thức màu sắc bằng cách tính vào một số biến khác, như chất lượng của ánh sáng hoặc các tông màu khác nhau xung quanh màu sắc. Đôi khi điều đó có nghĩa là não sẽ nhìn nhận cùng một đối tượng như hai màu sắc hoàn toàn khác nhau; điều đó đã xảy ra với chiếc váy nổi tiếng, trong một số ánh sáng trông như trắng và vàng và trong một số khác trông như xanh và đen.

Và đôi khi những tính toán não đó có nghĩa là hai đầu vào hoàn toàn khác nhau có thể kích thích cùng một nhận thức. Ánh sáng màu vàng, ví dụ, có bước sóng cụ thể của nó mà não hiểu là màu vàng. Nhưng trộn ánh sáng màu xanh và màu đỏ—mỗi cái có bước sóng độc đáo của nó—và não cũng sẽ hiểu rằng kết hợp đó cũng là màu vàng, mặc dù tính chất vật lý của ánh sáng đó khác so với các bước sóng khác mà chúng ta nhận thức là màu vàng. Việc tìm hiểu tại sao não chúng ta hiểu hai đầu vào khác nhau đó là giải đố khó khăn.

Bây giờ, Conway đang đề xuất một phương pháp mới để tổ chức và hiểu về màu sắc: dựa trên các mô hình kích thích neuron trong não. Trong một bài báo gần đây được đăng trong Current Biology, Conway đã cho thấy mỗi màu sắc kích thích một mô hình động của hoạt động neural độc đáo. Trong nghiên cứu này, anh ta tập trung trước tiên vào phản ứng của não đối với màu sắc, chứ không phải là màu sắc mà mỗi đối tượng nghiên cứu của anh ta mô tả bằng lời. Cách tiếp cận này lại đặt lại cách mà các nhà thần kinh học thường thử trả lời câu hỏi về nhận thức màu sắc. “Nhận thức thường được xem xét như là lượng đã biết, và sau đó các nghiên cứu viên cố gắng tìm ra các quy trình neuron dẫn đến điều đó,” Soumya Chatterjee viết. “Ở đây, biến nhận thức được xem xét như là lượng chưa biết (không gian màu sắc trừu tượng này), và họ cố gắng tìm ra nó dựa trên hoạt động neuron đo lường được.”

Conway chắc chắn không phải là người đầu tiên sử dụng công nghệ để theo dõi phản ứng của não với màu sắc. Các nghiên cứu trước đã sử dụng dữ liệu fMRI để ghi lại những gì đang xảy ra khi một người nhìn vào các màu sắc khác nhau—nhưng những bức ảnh quét này có độ trễ, nên khó để biết chính xác điều gì đang xảy ra trong não vào thời điểm nó đang giải mã những kích thích đó. Và quét fMRI là một cách gián tiếp để theo dõi hoạt động não, vì chúng đo lường dòng máu, không phải là sự bắn của neuron thực sự.

Vì vậy, Conway thử nghiệm một phương pháp khác được gọi là magnetoencephalography (MEG), sử dụng cảm biến từ để phát hiện hoạt động điện của các neuron bắn. Kỹ thuật này nhanh hơn nhiều so với fMRI, vì vậy Conway có thể ghi lại các mô hình bắn của neuron trước, trong và sau khi các đối tượng của anh ta nhìn vào các màu sắc khác nhau. Anh ta đã cho 18 tình nguyện viên thay phiên nhau ngồi trong máy MEG, giống như một cái máy sấy tóc retro ở salon làm đẹp, và cho họ xem các thẻ, mỗi thẻ có một vòng xoắn màu vàng, nâu, hồng, tím, xanh lá cây, xanh đậm, xanh dương hoặc xanh đậm. Sau đó, trong quá trình quét MEG, anh ta yêu cầu các đối tượng nói tên màu sắc họ nhìn thấy.

Greg Horwitz, giáo sư cộng tác về sinh lý học và sinh học phân tử tại Đại học Washington, cho biết Conway đã rất thông minh khi thiết kế nghiên cứu của mình. Thay vì sử dụng các màu sắc mà chúng ta nhận thức là tương tự nhau, nghiên cứu này sử dụng các màu sắc gây ra các phản ứng tương tự từ các tế bào nhận ánh sáng trong mắt. Ví dụ, màu vàng và màu nâu trông rất khác nhau đối với chúng ta, nhưng thực tế chúng gây ra các phản ứng tương tự trong các tế bào nhận ánh sáng. Điều đó có nghĩa là mọi sự khác biệt trong các mô hình hoạt động não được phát hiện bằng phương pháp MEG nên được quy cho không phải là do tương tác giữa ánh sáng và các tế bào nhận ánh sáng trong mắt, mà là do xử lý trong vùng thị giác của não. Horwitz cho biết điều này chỉ ra rằng nhận thức là phức tạp hơn nhiều so với tế bào nhận ánh sáng.

Tiếp theo, Conway đã huấn luyện một bộ phân loại trí tuệ nhân tạo để đọc kết quả MEG và tìm kiếm các mô hình tương tự về hoạt động neural giữa 18 đối tượng. Sau đó, anh ấy muốn xem xét xem những mô hình đó có khớp với các màu sắc mà các đối tượng báo cáo đã nhìn thấy không. Ví dụ, một mô hình cụ thể của hoạt động neural luôn tương quan với việc người đó nói họ đã thấy một xoắn màu xanh đậm? “Nếu thông tin có thể được giải mã, thì có lẽ thông tin đó có sẵn cho cả não để thông tin hành vi,” anh ấy nói.

Ban đầu, Conway khá hoài nghi rằng anh ấy sẽ có bất kỳ kết quả nào. “Mọi người đồn là MEG có độ phân giải không gian rất tệ,” anh ấy nói. Nói một cách đơn giản, máy tốt trong việc phát hiện khi nào có hoạt động não, nhưng không tốt lắm trong việc chỉ cho bạn biết ở đâu trong não mà hoạt động đó xảy ra. Nhưng như đã thể hiện, các mô hình đã xuất hiện và chúng rất dễ bị giải mã. “Nhìn vào đây, mô hình khác nhau đủ để tôi có thể giải mã với độ chính xác lên đến 90% màu sắc bạn đã nhìn thấy,” anh ấy nói. “Đó như là: được chúa!”

Chatterjee cho biết phương pháp MEG của Conway cho phép các nhà thần kinh học lật ngược câu hỏi truyền thống về nhận thức. “Nhận thức thường được xem xét như là lượng đã biết”—trong trường hợp này, màu sắc của xoắn—“và sau đó các nhà nghiên cứu cố gắng tìm ra các quy trình neuron dẫn đến điều đó,” anh ấy viết. Nhưng trong thí nghiệm này, Conway tiếp cận câu hỏi từ phía ngược lại: Anh ấy đo lường quy trình neuron và sau đó đưa ra kết luận về cách những quy trình đó ảnh hưởng đến nhận thức màu sắc của các đối tượng của anh ấy.

MEG cũng cho phép Conway quan sát quá trình nhận thức diễn ra theo thời gian. Trong thí nghiệm này, mất khoảng một giây từ thời điểm tình nguyện viên nhìn thấy xoắn cho đến khi họ nói ra màu sắc của nó. Máy có thể hiển thị các mô hình kích hoạt trong giai đoạn đó, cho thấy khi nhận thức màu sắc xuất hiện trong não, và sau đó theo dõi kích hoạt đó khoảng nửa giây nữa khi nhận thức chuyển từ một khái niệm ngữ nghĩa—từ người tình nguyện có thể sử dụng để đặt tên cho màu sắc.

Tuy nhiên, có một số hạn chế đối với phương pháp này. Trong khi Conway có thể xác định rằng việc nhìn vào các màu sắc khác nhau tạo ra các mô hình phản ứng não khác nhau, và rằng 18 đối tượng của anh ấy trải qua các mô hình cụ thể cho các màu sắc như vàng, nâu, hoặc xanh nhạt, anh ấy không thể nói chính xác mô hình đó xuất hiện ở đâu trong não. Bài báo cũng không thảo luận về bất kỳ cơ chế nào tạo ra những mô hình này. Nhưng, Conway nói, việc tìm ra rằng có sự khác biệt về mặt neural từ đầu đã rất lớn. “Việc có sự khác biệt là có ý chỉ, vì nó cho chúng ta biết rằng có một loại bản đồ topographic màu sắc trong não người,” anh ấy nói.

“Đó là mối quan hệ giữa các màu sắc theo cách chúng ta nhận thức (không gian màu nhận thức) có thể được suy ra từ mối quan hệ giữa hoạt động được ghi lại (ngay cả khi đó là MEG và không thể đưa bạn xuống cấp độ của các neuron đơn hoặc các nhóm neuron nhỏ),” Chatterjee viết. “Điều đó khiến cho nghiên cứu này trở nên sáng tạo và thú vị.”

Hơn nữa, Conway nói, nghiên cứu này bác bỏ tất cả những lý luận rằng MEG không đủ chính xác để bắt được những mô hình này. “Bây giờ chúng ta có thể sử dụng [MEG] để giải mã mọi thứ liên quan đến cấu trúc không gian rất tinh tế của các neuron trong não,” Conway đề xuất.

Dữ liệu MEG cũng cho thấy rằng não xử lý tám xoắn màu sắc đó khác nhau tùy thuộc vào việc chúng hiển thị màu ấm hay màu tối. Conway đảm bảo bao gồm các cặp có cùng màu sắc, có nghĩa là bước sóng của chúng sẽ được nhìn nhận như màu sắc giống nhau bởi các tế bào nhận sáng của mắt, nhưng có cường độ sáng khác nhau, hoặc độ sáng, thay đổi cách mọi người nhận thức chúng. Ví dụ, màu vàng và nâu có cùng màu sắc nhưng khác nhau về cường độ sáng. Cả hai đều là màu ấm. Và, đối với các màu lạnh, xanh và xanh đậm mà anh ấy chọn cũng có cùng màu sắc với nhau, và có sự chênh lệch cùng về độ sáng như cặp màu ấm nâu/vàng.

Dữ liệu MEG cho thấy rằng các mô hình hoạt động não tương ứng với màu xanh và xanh đậm có sự tương đồng lớn hơn so với các mô hình cho màu vàng và nâu. Mặc dù những màu sắc này đều khác nhau về cùng mức độ độ sáng, não xử lý cặp màu ấm này như là khác biệt nhiều hơn so với hai màu xanh.

Conway háo hức bắt đầu thử nghiệm thêm nhiều màu sắc và xây dựng không gian màu của riêng mình, phân loại mối quan hệ giữa chúng không dựa trên bước sóng mà dựa trên mô hình hoạt động não - một khái niệm anh ấy mô tả là “Pantone của não”. Nhưng anh ấy không chắc chắn tất cả các nghiên cứu này sẽ dẫn đến đâu. Anh ấy chỉ ra rằng các công cụ như laser, ban đầu chỉ là sự tò mò, cuối cùng lại có nhiều ứng dụng mà các nhà nghiên cứu không bao giờ tưởng tượng khi họ bắt đầu chơi với chúng. “Những gì chúng ta biết, lịch sử, là khi hầu hết mọi thứ cuối cùng lại hữu ích, sự hữu ích của chúng chỉ được thấy rõ khi nhìn lại,” Conway nói.

Mặc dù nghiên cứu của Conway dừng lại ở việc giải thích chính xác nơi mô hình não xuất hiện mã màu cụ thể, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng một ngày nào đó có thể. Hiểu biết về những mô hình này có thể giúp các nhà khoa học phát triển các bộ phận giả mạo thị giác có thể khôi phục trải nghiệm thị giác của người, hoặc tạo ra cách cho người ta truyền đạt chính xác những gì họ nhìn thấy. Hoặc có thể điều này có thể giúp máy học cách nhìn thấy tốt hơn và đầy đủ màu sắc, giống như con người.

Và ở mức độ cơ bản hơn, việc tìm hiểu cách nhận thức màu sắc phù hợp với hoạt động não là một bước quan trọng để hiểu cách não xây dựng sự hiểu biết của chúng ta về thế giới xung quanh. “Nếu bạn có thể tìm ra một khu vực não mà biểu diễn phù hợp với nhận thức, đó sẽ là một bước nhảy lớn,” Horwitz nói. “Tìm ra phần của não mà biểu diễn màu sắc khớp với những gì chúng ta trải nghiệm sẽ là một bước lớn đối với việc hiểu biết về nhận thức màu sắc thực sự là gì.”

Những bài viết tuyệt vời khác từ MYTOUR

• 📩 Muốn biết tin mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa? Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi!
• Người yếu đuối có thể đợi. Tiêm vắc xin cho những người lan truyền nhanh trước tiên
• Một người đi bộ không tên và vụ án mà internet không thể giải quyết
• Trump làm vỡ mạng. Liệu Joe Biden có thể sửa chữa được không?
• Zoom cuối cùng đã có mã hóa end-to-end. Đây là cách sử dụng nó
• Đúng, bạn nên sử dụng Apple Pay hoặc Google Pay
• 🎮 MYTOUR Games: Nhận những mẹo mới nhất, đánh giá và nhiều hơn nữa
• 🏃🏽‍♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để duy trì sức khỏe? Kiểm tra lựa chọn của đội ngũ Gear chúng tôi cho những chiếc vòng đeo sức khỏe tốt nhất, trang thiết bị chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất