本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
這是一篇由視覺科學家 Qasim Zaidi (紐約州立大學視覺研究研究生中心) 和 Bevil R. Conway (韋爾斯利學院神經科學專案) 撰寫的客座文章。如需聯絡，請傳送電子郵件至：qz@sunyopt.edu
人類稱之為光的是電磁頻譜中我們可以看到的狹窄波長帶。牛頓展示了我們在彩虹中看到的顏色如何直接對應於特定的光波長。另一位偉大的科學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋證明，人類的色彩感知是視網膜中三種不同視錐感光器吸收光的結果，每種感光器對不同的波長帶敏感。眼睛和大腦中強大的神經迴路使我們能夠感知數百萬種不同的顏色，這些顏色跨越透過比較三種視錐細胞的活動而建立的三維空間。因此，與大多數擁有兩種或更少型別視錐細胞的哺乳動物物種相比，我們可以透過顏色區分更多的物體。然而，僅有三種類型的視錐細胞，對於我們能看到的每一種顏色，都有數百萬種在物理上不同的刺激，但它們看起來都是相同的顏色。例如，黃色是彩虹中間的單一波長，也可以透過在彩色電視上組合紅色和綠色光來產生。
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當發現螳螂蝦有 12 種或更多不同顏色的視錐細胞型別時，科學想象力開始狂野馳騁。這些蝦能否將兩種黃色視為兩種不同的顏色？它們是否可能擁有 12 維的色彩空間，並且能夠看到我們甚至無法想象的顏色？為了回答這個問題，Hanne H. Thoen、Martin J. How 和 Justin Marshall 對螳螂蝦進行了行為實驗，以瞭解它們的色彩視覺到底有多好。他們在最近發表在《科學》雜誌上的一篇文章中報告了他們的發現。簡而言之，螳螂蝦在區分人類視為不同的顏色方面表現出令人震驚的差勁。Thoen 等人得出結論，視錐細胞型別必須彼此獨立工作才能識別顏色——而不是像人類那樣協同工作。他們得出結論，螳螂蝦的色彩視覺與任何已記錄的系統根本不同。
螳螂蝦的結果令人興奮，因為它們為這種顏色識別策略提供了第一個直接證據，但我們有理由相信，人類和螳螂蝦的色彩視覺系統可能比它們最初看起來更相似。在三色獼猴中，它們的色彩視覺系統實際上與人類的相同，負責色彩感知的大腦回路的生理學和解剖學已經過非常仔細的檢查。這項工作表明，最終負責產生我們色彩體驗的大腦細胞跨越多個不同的大腦區域相互連線。在一個比視錐細胞下游幾個步驟的區域，稱為顳下皮層，這些細胞具有非常顯著的顏色特異性。一些細胞僅對紅色有反應，另一些細胞對紅藍色有反應，另一些細胞對藍紅色或藍色或青綠色等有反應。這些細胞的顏色偏好的特異性與蝦中不同視錐細胞型別的顏色特異性驚人地相似。這項分析表明，猴子和人類最終使用與螳螂蝦相同的顏色識別策略。
那麼，為什麼蝦會採用其獨特的顏色處理策略呢？答案可能是高速和小大腦的結合。透過在視覺系統的前端採用 12 個顏色調諧視錐細胞，蝦眼提供了快速的顏色識別，因為識別過程是硬連線的。早期功能專業化的代價（透過眼睛鑲嵌中明顯的並行隔離通道實現）是要求蝦掃描場景以生成其視覺世界的完整表示。靈長類動物的眼睛與蝦的眼睛根本不同，它像數碼相機一樣，為密集的感光器陣列配備了單個聚焦裝置。僅使用三種類型的視錐感光器就足以使靈長類動物的視覺系統區分自然光和物體的光譜，同時保持良好的空間解析度，並提供在環境光和周圍場景變化的情況下透過顏色識別物體的方法。更多型別的感光器可以更好地取樣自然光譜，但會嚴重損害空間解析度。透過在皮層中後期生成窄調諧顏色細胞，可能是透過顏色敏感性重疊的廣譜調諧細胞的乘法組合，靈長類動物的大腦仍然可以部署與螳螂蝦眼睛類似的快速識別策略。由於顳下皮層有數百萬個顏色調諧細胞，它們可以比十二個螳螂蝦光色素更精細地取樣光譜，因此相同的識別策略可以同時提供出色的顏色辨別能力。
儘管人類和蝦的眼睛結構和大腦回路存在巨大差異，但靈長類動物大腦中顏色選擇性神經元和蝦感光器的顏色敏感性之間驚人的相似性，為極其不同的物種之間存在共同的計算策略提供了證據。這種策略可能是獨立進化歷史趨同於相同基本計算原理的一個有趣的例子，因此可能值得在旨在在現實世界中執行的機器視覺系統中效仿。