撰文丨劉子扣 （墨爾本大學(xué) 細(xì)胞信號(hào)學(xué)博士）

責(zé)編丨趙鈺茜

排版丨毛毛

? ? ? ?做實(shí)驗(yàn)時(shí)常需要標(biāo)記大量的樣品試管，一些實(shí)驗(yàn)室會(huì)采取兩層標(biāo)記方式：一層記錄細(xì)節(jié)的編碼符號(hào)，對(duì)應(yīng)樣品的一系列信息；另一層是將一批或者一類樣品統(tǒng)一貼上某種顏色的標(biāo)簽，方便統(tǒng)一存放和管理。這樣的標(biāo)記系統(tǒng)雖然操作些許繁復(fù)，但相對(duì)于單一標(biāo)記有著顯著的優(yōu)越性。但為什么用顏色管理大批量信息，而用字符指示細(xì)節(jié)信息？這個(gè)顯而易見(jiàn)的現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)上是視覺(jué)信息經(jīng)過(guò)大腦不同通路加工的結(jié)果。讓我們一起來(lái)看看大腦如何利用顏色與字符來(lái)標(biāo)識(shí)信息吧。

? ? ? ?首先論及顏色。太陽(yáng)光可以被三棱鏡散射成七色彩虹，也就是常說(shuō)的可見(jiàn)光光譜。其對(duì)應(yīng)的電磁波波譜寬度大概在360nm（紫）到830nm（紅）之間。然而電磁波譜的波長(zhǎng)范圍從伽馬射線的fm到無(wú)線電的km，跨越了18個(gè)數(shù)量級(jí)，可見(jiàn)光在其中的占比微乎其微。在大氣層中的，氧和氮吸收了紫外輻射，水蒸氣和二氧化碳吸收了紅外區(qū)間輻射，可見(jiàn)光附近區(qū)段就成了地球陸生生物主要接收和適應(yīng)的電磁波信號(hào)[1-3]。在這個(gè)狹窄的可見(jiàn)光輻射區(qū)段內(nèi)，利用自然物質(zhì)對(duì)不同頻率光的吸收和反射能力的區(qū)別，通過(guò)視覺(jué)分辨不同材料的不同直觀性狀成就了自然界各生物以至于人類對(duì)顏色的感知。

? ? ? ?色覺(jué)是進(jìn)化而來(lái)的一個(gè)被動(dòng)技能。哺乳動(dòng)物的祖先作為小型夜行動(dòng)物時(shí)，夜間視覺(jué)是賴以生存的工具，對(duì)光線強(qiáng)弱變化敏感的視桿細(xì)胞在這個(gè)階段非常重要。隨著進(jìn)化，哺乳動(dòng)物日間活動(dòng)逐漸增多，普遍明亮的環(huán)境使得對(duì)“光強(qiáng)敏感”的重要性逐漸下降，區(qū)分不同頻率的光（代表不同顏色）顯得更為重要，而對(duì)“光頻率敏感”的視錐細(xì)胞能給生物提供更多的信息，從而具有更強(qiáng)的生存優(yōu)勢(shì)。原始的對(duì)藍(lán)光和綠光敏感的兩種視錐細(xì)胞將光信號(hào)簡(jiǎn)單區(qū)分成“長(zhǎng)波長(zhǎng)”和“短波長(zhǎng)”。為迅速識(shí)別成熟的果實(shí)，對(duì)應(yīng)于植物果實(shí)成熟過(guò)程中葉綠素逐漸褪去，花青素和β-胡蘿卜素比例逐漸增加地過(guò)程，靈長(zhǎng)類動(dòng)物適應(yīng)性進(jìn)化了出第三種對(duì)“紅色”敏感地視錐細(xì)胞[4]。而更神奇的是，人類大腦可以將三種視錐細(xì)胞接收到的光頻率信號(hào)強(qiáng)度按照比例調(diào)配起來(lái)形成更多色覺(jué)。這就使得眼睛看到黃色光（570~585nm）的效果和看到一定比例的紅光（625~740nm）加上綠光（500~565nm）混合的效果相同。就好像把一張“方片J”和一張“黑桃K”當(dāng)作“一對(duì)Q”出牌一樣。

? ? ? ?“注意”可以由“差別”迅速定位，從而讀取和判斷特征信息。因此，相對(duì)于單純依靠輪廓和特征形狀區(qū)分不同事物，事物的顏色因?yàn)閰^(qū)別于環(huán)境而更易于察覺(jué)和分辨。色覺(jué)可以增加我們標(biāo)記和識(shí)別世界的信息維度，致使在判斷一些外形相差不大的事物時(shí)，靈長(zhǎng)類動(dòng)物可以根據(jù)顏色建立更細(xì)致的標(biāo)記，獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同樣都是樹(shù)葉，綠色的樹(shù)葉代表水源充足，適宜棲息，而枯黃色則反映出干旱貧瘠的特征。再如看到不同的蘑菇時(shí)，菌蓋上鮮艷的顏色警告想要采食的動(dòng)物有毒危險(xiǎn)、不能食用，不那么吸引人的灰白色蘑菇則可能食用起來(lái)更安全一些。環(huán)境地形、食物毒物以及天敵同伴等信息被各種顏色標(biāo)記，構(gòu)成了我們看到的色彩斑斕的世界。

? ? ? ?然而，為什么可見(jiàn)光譜僅僅被分作七份，而沒(méi)有更加豐富的顏色系統(tǒng)來(lái)標(biāo)記世界呢？看到更多的顏色難道不會(huì)更好地分辨更多類別的事物么？實(shí)際上，這是由于大腦讀取信息的效率有限，人的短時(shí)記憶只能容納五到七個(gè)項(xiàng)目[5]，同時(shí)注入更多信息反而會(huì)降低由“差別”帶來(lái)的“注意”集中。以下這個(gè)小實(shí)驗(yàn)就可以很好解釋這個(gè)問(wèn)題：下圖展示了幾個(gè)方塊，被依次分為一到六個(gè)不同的色塊，經(jīng)過(guò)九十度旋轉(zhuǎn)后，要求觀測(cè)者辨別上一行和下一行是否為同一個(gè)物體。如果以色塊順序結(jié)構(gòu)定義物體特征，旋轉(zhuǎn)之后此特征不會(huì)發(fā)生改變。從圖A中不難發(fā)現(xiàn)，顏色種類越多，在辨別顏色上花費(fèi)的時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)。圖B就是一個(gè)鮮明的例子，它依靠有限數(shù)量的顏色種類，以不同結(jié)構(gòu)標(biāo)記，使得在較短的時(shí)間內(nèi)就能做出判斷。我們標(biāo)記這個(gè)世界中的具體事物，并不需要太多顏色。四周環(huán)顧，會(huì)發(fā)現(xiàn)保持注意點(diǎn)不動(dòng)的情況下，視野中同時(shí)關(guān)注的顏色很難超過(guò)五種（除去黑白），顯然七種色覺(jué)足以供我們獲得環(huán)境信息了。

? ? ? ?為了適應(yīng)文明產(chǎn)生后的信息爆炸，人類創(chuàng)造字符，并在靈長(zhǎng)類進(jìn)化出色覺(jué)系統(tǒng)之后再一次再一次演化出視覺(jué)信息用于識(shí)別和標(biāo)記世界的維度。字符的形狀來(lái)源于視覺(jué)對(duì)于形狀的抽象。以最廣泛使用的英文字母為例，雖然現(xiàn)在英文的橫向拼寫(xiě)很難看出其原始的象形意味，但字母的起源很多情況下其實(shí)都是象形的，比如“C”來(lái)自于駝峰，“A”象征著牛頭，而“M”是水的波紋。同樣，漢字六書(shū)象形為首，到如今諸如“日”、“山”、“馬”這些方塊字都可以看出當(dāng)初造字時(shí)描繪事物的思維方式。單個(gè)象形符號(hào)所表達(dá)的可見(jiàn)事物對(duì)應(yīng)的名詞，按照一定結(jié)構(gòu)擺放的組合可以表達(dá)更加豐富的含義，這也是文明發(fā)展中信息量不斷增加的表現(xiàn)。比如“月”所代表的“肉”，放在臺(tái)子上就成了神吃的“祭”，放在烤架上就成了人吃的“肴”。在英文里“c_r”表示的“肉體”，通過(guò)“sa”神化，就成了“sacrify”（犧牲）， 而如果加上“niv”（咬），就成了“carnival”（食肉的）。由于英文是線性符號(hào)而漢字是方塊字，漢字所特有的“方位性”使得字符結(jié)構(gòu)有了表達(dá)更多含義的可能，比如“甲”，“由”和“申”，中間的“田”都是表示一種帶有內(nèi)部特征的容器，不同方位的突出則表示了不同的含義。

? ? ? ?不同于色覺(jué)建立在視錐細(xì)胞這樣的生理硬件上，理解和運(yùn)用抽象字符的能力依賴于條件反射這樣的“軟件安裝”，也就是學(xué)習(xí)主動(dòng)技能的過(guò)程。由單一筆劃構(gòu)成的復(fù)雜字符形成的視覺(jué)刺激，進(jìn)入大腦往往會(huì)脫離筆劃的象形意味。這個(gè)刺激首先產(chǎn)生的不會(huì)是一個(gè)具體的視覺(jué)形象，而會(huì)是一系列抽象聯(lián)想。比如見(jiàn)到“藍(lán)”這個(gè)字，腦子里不一定能夠立刻顯現(xiàn)出一種具體的藍(lán)色，反而會(huì)更快地聯(lián)想到“l(fā)an”這個(gè)發(fā)音， 以及“藍(lán)天”，“籃”，“蘭”，“海洋”，“水”等一系列發(fā)散概念。更多的連續(xù)信息可以把這種聯(lián)想約束得更為具體，比如“兩頭在水中暢游的藍(lán)鯨”，句子明確了“藍(lán)”存在的語(yǔ)境（即使我們?nèi)匀缓芸赡軟](méi)有在腦海里浮現(xiàn)出藍(lán)鯨的具體形象）。這種信息“抽象—再約束”的過(guò)程，通過(guò)學(xué)習(xí)和反復(fù)使用變得熟練而迅速，最后形成固化的經(jīng)驗(yàn)，甚至可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)去糾正直接讀取的信息，比如看到打亂順序的“在兩頭水中藍(lán)鯨的暢游”也能立刻明白要說(shuō)的是什么。讀取符號(hào)信息的效率取決于條件反射的熟練度，越是常見(jiàn)的符號(hào)和其組合，越是迅速地完成“抽象——語(yǔ)境約束”這個(gè)過(guò)程。

? ? ? ?字符的復(fù)雜和色彩的繽紛都是信息“量”的體現(xiàn)，而二者的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了信息“維度”的立體化，使信息閱讀者在第一時(shí)間可以獲得更多信息以引起多種刺激。比如看到“危險(xiǎn)”二字，并不會(huì)讓人腎上腺素升高，心跳加快，腳底出汗。只有調(diào)用了大腦中對(duì)“危險(xiǎn)”的經(jīng)驗(yàn)并且進(jìn)行聯(lián)想回顧“恐懼”、“傷害”、“血液”、“死亡”等周?chē)拍畹臅r(shí)候，才會(huì)引起心中略微的不安。這樣的經(jīng)驗(yàn)調(diào)用也許比一個(gè)加粗的紅色字體“危險(xiǎn)”所提供的信息效率慢得多。這也是因?yàn)樵谏实脑级x中紅色本來(lái)就與“血液”，“毒物”和“傷害”等感受相關(guān)聯(lián)，如果改用綠色的“危險(xiǎn)”則或許不會(huì)引起那么明顯反應(yīng)。與之對(duì)應(yīng)的，“安全”相比于“安全”也可能會(huì)更加讓人放心一些，畢竟綠色本來(lái)就是無(wú)害的環(huán)境色。

? ? ? ?當(dāng)顏色與字符的抽象意味一致時(shí)，顏色可以加強(qiáng)直觀感受的傳達(dá)，而當(dāng)二者沖突時(shí)，也會(huì)互相產(chǎn)生干擾。經(jīng)典的Stroop顏色字符測(cè)試就闡述了這個(gè)現(xiàn)象[6]。測(cè)試中，被試者需要讀出字符書(shū)寫(xiě)的顏色，而不是字符本身含義代表的顏色。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，如果書(shū)寫(xiě)顏色與字符含義相沖突，比如綠色的“紅”或者藍(lán)色的“黃”，人們會(huì)傾向于讀出字符含義代表的顏色，而需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)辨別書(shū)寫(xiě)顏色。當(dāng)然，字跡顏色和字符含義二者一致的時(shí)候則可以很快地給出正確反饋。

? ? ? ?再來(lái)看看下面這個(gè)探討顏色與字符哪個(gè)更容易辨別的小實(shí)驗(yàn)。紅、黃、藍(lán)、綠四種英文字符被四種顏色標(biāo)記，被試者需要完成下面兩個(gè)任務(wù)：找到所有被綠色標(biāo)記的單詞；找到所有表示黃色的字符。一般而言，找到相同顏色的字符比找到相同拼寫(xiě)的字符更加容易。這是因?yàn)樽址c字符之間區(qū)別的顯著性被字符本身的復(fù)雜性降低了，而顏色的簡(jiǎn)約和高對(duì)比度使得區(qū)別更容易體現(xiàn)。如果字符被簡(jiǎn)化到“O”和“X”（表示開(kāi)和關(guān)），而顏色的范疇是紅色到橙色漸變這樣的低對(duì)比度色譜，也許會(huì)發(fā)現(xiàn)字符成為更容易辨別的特征。因此可以推論兩種標(biāo)記方式的優(yōu)勢(shì)在于復(fù)雜性和顯著性的高低，而與標(biāo)記方式本身關(guān)系不大。

? ? ? ?由此看來(lái)，顏色與字符是我們用來(lái)標(biāo)記世界的兩種策略，現(xiàn)代文明中，字符趨向于復(fù)雜而顏色卻可以簡(jiǎn)單。字符利用可分辨的更加細(xì)致的區(qū)別來(lái)表達(dá)更豐富的含義，而顏色在較大的范疇內(nèi)表達(dá)較少的信息，卻可以因?yàn)楦邔?duì)比度而迅速凸顯區(qū)別。雖然我們的生理硬件并沒(méi)有特別地支持我們整合顏色和字符的復(fù)合信息，但是建立一定的使用規(guī)則可以讓我們更高效地將二者運(yùn)用在對(duì)世界的標(biāo)記上。我們可以遵從顏色本身的直觀感受，而賦予字符相應(yīng)的含義，比如用紅燈表示停止，用綠燈表示通行等；字符標(biāo)記與顏色標(biāo)記的規(guī)律保持穩(wěn)定性，避免Stroop測(cè)試中出現(xiàn)的混亂對(duì)應(yīng)導(dǎo)致擾亂大腦的判斷；保持標(biāo)記顏色的簡(jiǎn)約性，不要使用過(guò)于豐富的顏色而降低了信息與環(huán)境的區(qū)別，而選擇使用字符組合來(lái)表達(dá)復(fù)雜而多樣的信息。

? ? ? ?雖然在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)記樣品時(shí)我們也許并未做過(guò)多的思考，人類選擇行為策略的時(shí)候大腦也或許早已自動(dòng)算出了最優(yōu)化的途徑：字符標(biāo)記細(xì)節(jié)，顏色標(biāo)記分類，這樣所需調(diào)用的神經(jīng)細(xì)胞最少，消耗的能量也最小。但時(shí)不時(shí)審視自己選用某些策略的原因，也是一件非常有趣的事情。

作者簡(jiǎn)介

? ? ? ??“隨屈子問(wèn)天道何似，仿莊周夢(mèng)我竟是誰(shuí)?！?/p>

? ? ? ?笑之，原名劉子扣。武漢大學(xué)生物學(xué)學(xué)士，澳大利亞墨爾本大學(xué)細(xì)胞凋亡信號(hào)系生物醫(yī)學(xué)博士?，F(xiàn)就職于澳大利亞莫納什大學(xué)國(guó)家腦創(chuàng)傷研究實(shí)驗(yàn)室（NTRI）。持續(xù)關(guān)注認(rèn)知學(xué)和腦科學(xué)，并時(shí)常撰寫(xiě)科普類作品，關(guān)于新冠病毒的科普性小說(shuō)《病毒、我和進(jìn)化》被海外青年媒體轉(zhuǎn)載。

參考文獻(xiàn)

1. Land, M. F., & Fernald, R. D. (1992). The evolution of eyes. Annual Review of Neuroscience, 15(1), 1-29.

2. Bochnícek, Z. (2007). Why can we see visible light?. Physics Education, 42(1), 37.

3. 為什么可見(jiàn)光是“可見(jiàn)”光？http://www.zhidian.la/question/245.html

4. https://en.wikipedia.org/wiki/Evolution_of_color_vision_in_primates

5. Gazzaniga MS, Ivry RB, Mangun GR. Cognitive Neurosicence: The Biology of the Mind (3rd editon). 周曉林, 高定國(guó) 等譯.《認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)》第三版. 北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2011. 275

6. Scarpina F, Tagini S. (2017). The stroop color and word test. Frontiers in Psychology, 8(557).

圖片來(lái)源

封面：作者原創(chuàng)

圖1：https://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrum

圖2：https://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/perceptive/page_3_eye/page_3_2b-10.htm

圖3、4：作者原創(chuàng)

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