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　　《科学美国人》（Scientific American） 克里斯托夫·科赫（Christof Koch）

 

　　基因干预方法成功治愈了猴子的色盲。

 

　　我们可能能够拓宽可见光的范围，使我们像超人那样能够在可见光之外，看到紫外线与红外线。

 

　　有足够的证据证明，男性与女性思考自我、表达自我甚至体验情绪的方式都是不同的。但是在感官知觉方面，心理学家却很难找出两性间的主要差异。基本上，两性体验生活中听觉、视觉与嗅觉的方式是非常相似的。不过研究者发现，对颜色的知觉可能是一个明显的例外（即两性对颜色的知觉有差异），至少对某些人群是如此。

 

　　人类看见颜色是一个复杂的过程，这个过程从眼睛中一个被称为视网膜的脆弱膜状结构开始。视网膜组织包含众多能够吸收可见光谱中的波长的感光细胞，并将吸收的波长转化成电信号。最后大脑将这些信息演绎成我们能够有意识地体验到的缤纷色彩。被称为视锥细胞（另一种视网膜细胞是视杆细胞）的视网膜细胞共有三种。S型视锥细胞对可见光谱中的短波长部分（蓝色光谱）具有最大的敏感性，M型视锥细胞对中等波长的波段具有最强的反应，而L型视锥细胞对长波段的红色光谱最为敏感。拥有正常视力的人被认为是短、中、长三个波段都正常的三色视者，因为他们同时拥有这三种感光的视锥细胞。

 

　　大约有8%的男性是色盲，而女性中的色盲比例则不到1%，这通常是因为这些人缺乏生成L型感光色素或者M型感光色素的基因。然而这些人的视力在其他所有方面都是正常的，他们患上的是一种常常被称为红绿色盲的疾病。由于某些参入产生感光色素的特定基因的遗漏，这些人——被称为二色视者（短中长三个波段中某一个波段缺失），因为他们仅有两种类型的视锥细胞——无法分辨蓝紫色、淡紫色和紫色，或者无法区分红色、橙色、黄色和绿色。

 

　　色盲不是一个很大的障碍，但是却使他们难以对交通信号灯——尤其是水平排列的信号灯——以及在红黄两色之间闪烁的警示灯做出准确的判断。同时缺乏对红色色调的敏感性使二色视者在烈日下几乎不可能觉察到晒伤的征兆（因为无论是炎炎烈日的耀眼颜色，还是被晒伤的皮肤的红色，他们都看不出来）。

　　这张照片（右）显示的是，透过色盲的眼睛所看到的皮肤的色调。这两张照片是作者的右臂三角肌：正常情况（左）与被调整的情形（右）表明，无法看到红色波长的色盲人群将看到怎样的世界。

 

　　色盲在男性中如此普遍的原因，是因为男性的两个产生L型与M型感光色素的基因——感光色素是视锥细胞中负责吸收光的物质——位于X性染色体上（男性的两条性染色体为XY，女性则为XX）。从父母那里继承了某个基因的有缺陷副本的女性，仍然可以从另外一条X染色体上得到备援，因为她们拥有两条X染色体。由于男性只有一条X染色体（他们配对的性染色体是Y），所以一旦他们继承了有缺陷的基因副本，那他们也没有备援的机会。有意思的是，也多亏了遗传学领域的变幻莫测，一些女性天生拥有四种感光视锥细胞，而不是标准的三种。理论上讲，这些所谓的四色视者应该能够识别我们其他人无法区分的阴影的微妙差异；然而，这种理论假设却很难通过实验的手段进行确认。

 

　　颜色校正

 

　　不像人类这样，大部分哺乳动物只拥有两种视锥细胞。所以，老鼠、猫和狗看世界的方式更接近于红绿色盲的人看世界的方式，这使得这些动物成为研究人类色盲的理想实验对象。几年前，美国约翰霍普金斯大学医学院（Johns Hopkins School of Medicine）的科学家将负责产生L型感光色素的人类基因嵌入到老鼠的基因中。在繁殖了几代之后，拥有人类L型感光色素产生基因的老鼠开始对额外的色彩信息（一般老鼠看不到这些色彩信息）有了反应。这些老鼠从二色视者变成了三色视者——这是生物工程领域非常了不起的成就。这个实验同时也显示，老鼠的大脑是足够灵活的，以致能够接受并利用额外的波长信息。

 

　　一项更有抱负的实验，延续了十多年，最近终于取得了成果。这个实验是由夫妻档研究团队杰伊·尼兹（Jay Neitz）和莫琳·尼兹（Maureen Neitz）以及他们的合作者共同进行的，他们都是美国华盛顿大学医学院（University of Washington School of Medicine）的教授。这项研究是在松鼠猴身上进行的，松鼠猴是美国中部和南部特有的一种物种。在这些灵长类动物中，大部分雌性都是三色视者；但是雄性都是二色视者，只拥有S型与M型感光色素。因此，是由雌性松鼠猴带领整个猴子部落在枝叶间寻找成熟的果实，因为寻找果实需要极好的颜色分辨能力。

 

　　尼兹夫妇想知道：基因疗法是否能够“治愈”雄性松鼠猴的“色盲”？为了找出答案，这组生物学家发展出一种方法，能够将人类L型感光色素的产生基因并入一种被称为“腺相关病毒”的小型病毒中。然后他们将大量的病毒粒子注射到松鼠猴的眼睛里。20个星期之后，松鼠猴视网膜中有高达三分之一的M型视锥细胞开始产生L型感光色素。换言之，松鼠猴如今不再只拥有两种视锥细胞，而是拥有三种视锥细胞：除了它们原有的S型和M型视锥细胞外，它们还拥有全新的、光谱敏感范围已经朝光谱长波部分移动的M型视锥细胞（相当于L型视锥细胞）。

 

　　一个十分困难的问题是，松鼠猴的中枢神经系统是否能够对自身进行重编程，以利用这些额外的信息。通过一种计算机管理的颜色测试，尼兹夫妇表明接受实验处理的松鼠猴，像之前那个实验中的老鼠一样，确实能够区分更多的颜色。

 

　　只要松鼠猴的视网膜中一出现L型感光色素，新的颜色意识就会迅速涌现出来。颜色意识的涌现没有出现延迟这一点表明，之前业已存在的视网膜通路以及大脑皮层通路能够吸收额外的信息；所以就不需要进行耗费时间的重新设置回路的过程。同时还表明，如何实现从两种视锥细胞的视力进化地转变到三种视锥细胞的视力的方法可能已经产生了。

 

　　从猴子到人类

 

　　在尼兹夫妇的实验进行之后两年，他们的松鼠猴的视力仍然在持续转化。作为严禁的科学家，对于松鼠猴是否已经看到了全新的红色色调这个问题，他们没有表明立场（因为松鼠猴的视力仍然还在转化，那么是否达到足以看见波长最长的红色的程度，谨慎而言，的确尚未可知）。呈现三原色的视网膜基础已经出现了，同时松鼠猴的行为表明它们体验到了这些颜色。在未来几年之内，电生理和功能成像的实验将告诉我们，松鼠猴负责颜色知觉的大脑视觉皮层区域是否显现出了新增加的加工过程。我将以100比1的赔率，赌它们能够出现新增加的加工。

 

　　这个实验中用到的病毒是安全的——它无法进行自我复制，不会引发疾病，仅仅只造成轻微的免疫反应——同时这种病毒已经被批准，可以用于人类的基因疗法。所以这种技术可能比较适于帮助色盲人群恢复正常视力。这一疾病仅在美国就影响了几百万人。假设这种基因疗法的风险-受益比率能够被显著提高的话，那么一种潜在的治疗方法可能将对一大片人群的颜色敏感性产生令人瞩目的影响。

 

　　杰伊·尼兹相信，这种手术治疗终有一天会变得和眼睛屈光矫正手术一样安全，比如像准分子激光上皮瓣下角膜磨镶术（Lasek）这样的屈光矫正手术。多种方法，比如尼兹夫妇开创的这种方法，以及光遗传技术（optogenetic techniques），可能很快就能使色盲人群再次看见彩虹的绚烂。

　　男性更容易患色盲，因为两个使眼睛能够吸收光的基因位于X性染色体上。而男性只有一条X性染色体；女性有两条X性染色体，在出现缺陷时可以备援。

 

　　当然，没有丝毫理由就在那个水平上止步。为什么不增强视觉体验，为我们当中更喜欢冒险的人们提供四色视者的体验呢？或者拓宽可见光的范围，使我们像超人那样能够看到紫外线与红外线？感谢高端的分子生物学，让我们目睹能够使我们进入超人类未来的技术方法。

 

　　作者简介：

 

　　克里斯托夫·科赫是美国加州理工学院（CaliforniaInstitute of Technology）的洛伊斯与维克多·特罗德尔教席认知与行为生物学教授（Lois and Victor Troendle Professor of Cognitive and BehavioralBiology）。他同时还供职于《科学美国人Mind》杂志顾问委员会。