本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
这是一篇由视觉科学家 Qasim Zaidi (纽约州立大学视觉研究研究生中心) 和 Bevil R. Conway (韦尔斯利学院神经科学项目) 撰写的客座文章。如需联系，请发送电子邮件至：qz@sunyopt.edu
人类称之为光的是电磁频谱中我们可以看到的狭窄波长带。牛顿展示了我们在彩虹中看到的颜色如何直接对应于特定的光波长。另一位伟大的科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦证明，人类的色彩感知是视网膜中三种不同视锥感光器吸收光的结果，每种感光器对不同的波长带敏感。眼睛和大脑中强大的神经回路使我们能够感知数百万种不同的颜色，这些颜色跨越通过比较三种视锥细胞的活动而创建的三维空间。因此，与大多数拥有两种或更少类型视锥细胞的哺乳动物物种相比，我们可以通过颜色区分更多的物体。然而，仅有三种类型的视锥细胞，对于我们能看到的每一种颜色，都有数百万种在物理上不同的刺激，但它们看起来都是相同的颜色。例如，黄色是彩虹中间的单一波长，也可以通过在彩色电视上组合红色和绿色光来产生。
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当发现螳螂虾有 12 种或更多不同颜色的视锥细胞类型时，科学想象力开始狂野驰骋。这些虾能否将两种黄色视为两种不同的颜色？它们是否可能拥有 12 维的色彩空间，并且能够看到我们甚至无法想象的颜色？为了回答这个问题，Hanne H. Thoen、Martin J. How 和 Justin Marshall 对螳螂虾进行了行为实验，以了解它们的色彩视觉到底有多好。他们在最近发表在《科学》杂志上的一篇文章中报告了他们的发现。简而言之，螳螂虾在区分人类视为不同的颜色方面表现出令人震惊的差劲。Thoen 等人得出结论，视锥细胞类型必须彼此独立工作才能识别颜色——而不是像人类那样协同工作。他们得出结论，螳螂虾的色彩视觉与任何已记录的系统根本不同。
螳螂虾的结果令人兴奋，因为它们为这种颜色识别策略提供了第一个直接证据，但我们有理由相信，人类和螳螂虾的色彩视觉系统可能比它们最初看起来更相似。在三色猕猴中，它们的色彩视觉系统实际上与人类的相同，负责色彩感知的大脑回路的生理学和解剖学已经过非常仔细的检查。这项工作表明，最终负责产生我们色彩体验的大脑细胞跨越多个不同的大脑区域相互连接。在一个比视锥细胞下游几个步骤的区域，称为颞下皮层，这些细胞具有非常显着的颜色特异性。一些细胞仅对红色有反应，另一些细胞对红蓝色有反应，另一些细胞对蓝红色或蓝色或青绿色等有反应。这些细胞的颜色偏好的特异性与虾中不同视锥细胞类型的颜色特异性惊人地相似。这项分析表明，猴子和人类最终使用与螳螂虾相同的颜色识别策略。
那么，为什么虾会采用其独特的颜色处理策略呢？答案可能是高速和小大脑的结合。通过在视觉系统的前端采用 12 个颜色调谐视锥细胞，虾眼提供了快速的颜色识别，因为识别过程是硬连线的。早期功能专业化的代价（通过眼睛镶嵌中明显的并行隔离通道实现）是要求虾扫描场景以生成其视觉世界的完整表示。灵长类动物的眼睛与虾的眼睛根本不同，它像数码相机一样，为密集的感光器阵列配备了单个聚焦装置。仅使用三种类型的视锥感光器就足以使灵长类动物的视觉系统区分自然光和物体的光谱，同时保持良好的空间分辨率，并提供在环境光和周围场景变化的情况下通过颜色识别物体的方法。更多类型的感光器可以更好地采样自然光谱，但会严重损害空间分辨率。通过在皮层中后期生成窄调谐颜色细胞，可能是通过颜色敏感性重叠的广谱调谐细胞的乘法组合，灵长类动物的大脑仍然可以部署与螳螂虾眼睛类似的快速识别策略。由于颞下皮层有数百万个颜色调谐细胞，它们可以比十二个螳螂虾光色素更精细地采样光谱，因此相同的识别策略可以同时提供出色的颜色辨别能力。
尽管人类和虾的眼睛结构和大脑回路存在巨大差异，但灵长类动物大脑中颜色选择性神经元和虾感光器的颜色敏感性之间惊人的相似性，为极其不同的物种之间存在共同的计算策略提供了证据。这种策略可能是独立进化历史趋同于相同基本计算原理的一个有趣的例子，因此可能值得在旨在在现实世界中运行的机器视觉系统中效仿。