全生命周期颜色视觉与亮度辨别功能的发展与衰退：色度噪声对亮度对比度阈值的影响研究

本研究针对不同年龄段人群颜色-亮度交互机制发育与衰退问题，通过色度噪声掩蔽实验评估青少年、青年和老年群体的亮度对比度辨别阈值。研究发现色度噪声显著提升所有年龄组的亮度阈值，其中青年组表现最佳，青少年与老年组受噪声影响更大，特别在tritan协议下老年人阈值最高。结果表明颜色-亮度交互机制在青春期后持续成熟，成年期达到峰值后随年龄衰退，为视觉神经发育和老化机制研究提供新见解。

　　

人类在整个生命周期中对颜色和亮度的感知能力呈现动态变化，其敏感性在不同阶段达到峰值。颜色感知与亮度辨别之间的相互作用，很可能受到各自视觉心理物理通道独特发展轨迹的影响。尽管现有文献详细描述了从视网膜到初级视觉皮层并行处理的亮度与颜色视觉通路，但越来越多的证据表明大脑皮层存在颜色与亮度的交互机制。初级视觉皮层中既存在仅对颜色响应的细胞，也有仅对亮度响应的细胞，还有对两者皆响应的细胞，这些细胞被认为是颜色-亮度交互机制的解剖生理基础。

然而，关于亮度与颜色视觉通路在整个生命周期中的发育、成熟和衰老过程，仍存在诸多未解之谜。特别是对于颜色-亮度交互机制的成熟过程，以及不同年龄段人群如何处理色度噪声对亮度辨别的影响，目前缺乏系统研究。这正是巴西研究团队在《Scientific Reports》上发表的最新研究致力于解决的核心问题。

研究人员采用创新性的色度噪声掩蔽范式，通过马赛克刺激呈现亮度对比目标，并施加三种不同类型的色度噪声（protan、deutan、tritan）来研究不同年龄段人群的亮度对比度辨别阈值。该研究招募了60名视力正常且无色觉障碍的参与者，分为青少年组（15.7±0.8岁）、青年组（20-40岁）和老年组（60岁以上），所有参与者均具有20/20矫正视力并通过石原色盲测试。

关键技术方法包括：使用MATLAB R2017b编写测试程序，MacBook Pro LCD显示器呈现刺激，Konica Minolta CS-100A色度计进行显示器校准；采用四选一强迫选择法和两下一上自适应阶梯程序测量亮度对比度阈值；使用四种刺激协议（protan、deutan、tritan和无噪声协议）评估色度噪声对亮度辨别的影响；通过线性混合效应模型进行统计分析。

研究结果

色度噪声对亮度辨别阈值的影响

所有年龄组在添加色度噪声后，亮度对比度阈值均显著高于无噪声条件（p<0.05）。这表明色度噪声对亮度辨别产生了明显的抑制效应。特别值得注意的是，在老年组中，不仅无噪声条件下的阈值显著低于其他条件，而且tritan协议下的阈值也显著低于protan和deutan协议（p<0.05），这表明蓝色-黄色通道的色度噪声对老年人亮度辨别的影响模式与其他色度噪声有所不同。

年龄组间的阈值比较

老年参与者在所有刺激条件下都表现出比青年人和青少年更高的阈值对比度（p<0.05）。在所有色度噪声存在的情况下，青少年组的阈值对比度也高于成人组（p<0.001）；然而在无噪声条件下，青少年和成年人的阈值对比度没有显著差异（p=0.738）。这一发现表明，虽然青少年的无噪声亮度辨别能力已经与成年人相当，但他们处理色度噪声干扰的能力尚未完全成熟。

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阈值差异的年龄相关变化

在评估有和无色度噪声条件下的阈值差异时，发现年龄和刺激协议因素有显著效应，但这些因素的交互作用不显著。成年人在有噪声和无噪声条件间的阈值差异小于青少年和老年组（p<0.05）。此外，protan和tritan协议之间的阈值差异也达到显著水平（p=0.007），表明不同类型色度噪声对亮度辨别的影响存在特异性。

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讨论与结论

本研究揭示了颜色-亮度交互机制在整个生命周期中的动态变化规律。研究发现表明，虽然无噪声条件下的亮度辨别机制在青少年期已经发育成熟，但处理色度噪声干扰的能力需要更长时间的发育过程，直到成年期才达到最佳状态。

青少年组在无色度噪声条件下与成年人表现相当，但在色度噪声存在时表现出更大的阈值提升，这表明青少年的颜色处理或颜色-亮度交互机制尚未完全发育成熟。这一发现与先前研究相吻合，这些研究表明颜色视觉通路直到青春期仍在持续发展。

老年组在所有条件下都表现出更高的亮度辨别阈值，特别是在tritan协议下表现最差，这反映了 aging过程对视觉系统的广泛影响。老年人蓝色-黄色通道功能的特异性衰退可能与S锥体通路（短波长敏感锥体）的特别易损性有关，这一通路在 aging过程中往往首先受到影响。

从神经机制角度，研究结果支持颜色-亮度交互涉及高级皮层区域的观点。青少年大脑在腹侧颞叶皮层（负责处理颜色、大小和面部信息）的结构和生化差异可能解释了其颜色-亮度交互机制的不完全成熟。而老年组的衰退则可能反映了整个视觉通路（从视网膜到皮层）的功能性退化。

研究的局限性在于青少年年龄范围较窄（15-17岁），未来研究需要扩展至更宽年龄范围的儿童和青少年群体，以确定这些发现是否代表发育变化的连续体。此外，观察到的亮度辨别阈值差异可能归因于一般噪声敏感性的差异，而非特定的颜色-亮度交互，这需要通过考虑不同类型的掩蔽来进一步探索。

这项研究通过比较有色度掩蔽和无色度掩蔽条件下的亮度对比敏感度，使人们能够更好地理解色度和亮度通路之间的交互如何在生命的不同阶段发生。研究结果强化了这样的假设：颜色-亮度交互机制在整个生命周期中经历变化，突出显示了从青春期到成年期颜色对亮度对比度辨别阈值的抑制效应减弱的发生。这些发现对于理解视觉发育和 aging 如何影响视觉感知具有重要意义，并为视觉神经发育和年龄相关感觉过程的研究开辟了新途径。

该研究由巴西多家研究机构合作完成，包括帕拉联邦大学心理学学院、行为理论与研究中心、生物科学研究所、热带医学中心，以及圣保罗大学心理学研究所等。研究得到FINEP、FAPESP等多个基金的资助，为理解人类视觉系统的发展与衰退机制提供了重要科学证据。