史派利
休伯爾 維瑟爾
（發現大腦左右半球的功能差異，腦部視覺系統的資訊處理研究）
1981年諾貝爾生理醫學由兩位美國人及一位瑞典人獲得－史派利（Roger
W.Sperry,1913-1994）獲得一半獎金，另一半由休伯爾（David H.Hubel，1926-）
和維瑟爾（Torsten N.Wiese，1924-） 共同得到，他們在腦的研究上都有偉大的
貢獻。
史派利在哈佛大學和亞特蘭大的靈長動物生物學約基斯實驗室做完博士研究後，1946到1952年間，史派利擔任芝加哥大學解剖學及心理學的助教授及副教授。接下來兩年，成為美國國家衛生研究院發生神經學科的主任。從1954年起，史派利加入加州理工學院得教授陣容，成為心理生物學講座教授，開始進行他獲得諾貝爾生理醫學獎的研究。
史派利獲獎的原因在於他揭開了人類兩個大腦半球的秘密，證明它們都已經高度特化，而且右腦也可以執行許多高等機能。
大部分人左腦半球控制右半邊身體的活動，與人類的語言能力有關，而右腦半球控制左半邊身體的活動，與情緒、空間關係及對藝術、音樂的鑑賞有關。而史派利發現這藝術的、非語言性的右腦，比起具分析性、數學性的左腦要古板些、膽小些。
史派利早年是利用蟾蜍、蠑螈和魚來研究視神經的再生問題，這些動物的視神經都能再生，而且會長回至腦原來的部位，恢復視覺。後來他做了許多有關大腦半球分化的前驅性研究工作。他發現，如果將大腦半球中間的連接物（稱為胼 物）的一大束神經纖維切除，可以改善癲癇病人的病況，但與正常人便不相同。史派利就是研究這些所謂「裂腦」（split-brain）病人，證明了左右大腦功能不一樣。他讓病人左眼看一個錢的圖形，右眼看一個問號，然後請病人用右手矇住右眼，把左眼看到的東西用左手拿來。這個病人很快地把有錢的圖形拿到手，然而問病人你看到的是什麼？這病人卻馬上回答說是問號，因此可知左手與左眼為右腦所管制，而語言通常是左腦的功能之一，進入左腦的訊息是右眼所看到的東西.
另一對得獎人休伯爾和維瑟爾，於1950年代後期同在約翰霍普金斯大學作博士研究時，兩人就開始合作研究，甚至在1959年一道進入哈佛的一個新系－神經生物學系當教授。
當年帶他們進哈佛的醫學院院長貝利(G.P.Berry)回憶說：「我記得這兩位年輕的科學家，他們在一起合作了許多年，像雙胞胎一樣。」
休伯爾在過去幾年就曾經被提名為諾貝爾生理醫學獎候選人。他生於加拿大安大略省，在蒙特利爾的馬基爾大學得理學士，1951年得到醫學博士學位。休伯爾曾經於蒙特利爾神經研究院、美國的約翰霍普金斯大學及華特利陸軍研究院工作，之後即進入哈佛大學醫學院神經生理及神經藥理系任副教授。
維瑟爾獲獎時57歲，比休伯爾大2歲，他認為研究工作充滿了樂趣，不希望因為獲獎而妨礙了研究，但是他說：「不過，榮譽和金錢也是蠻可愛的。」
維瑟爾生於瑞典的烏普沙拉，雖然從1950年代中期就在美國工作，但是仍然保留瑞典籍。他在斯德哥爾摩的卡洛林斯卡研究院獲得醫學博士學位，在研究院當了一年生理學講師之後，1955年到美國約翰霍普金斯大學作博士後研究，在那裡遇見了休伯爾。
複雜的視覺資訊
休伯爾和維瑟爾的研究主要是有關腦子處理視覺訊息的方式，他們以猴子和貓作為實驗動物，來尋找腦子視覺皮脂內個別細胞的特殊機能
他們利用非常尖細得電極（為電極），來記錄貓和猴子在視覺途徑上單一細胞對刺激所產生的反應。記錄單一細胞的反應是一件非常困難的工作，需要靈敏、精確，甚至還要靠一點運氣。他們還展示過一部精巧複雜的資料處理機，可以將資料加以分類。
休伯爾和維瑟爾的研究發現，神經細胞因所執行機能的複雜性可以分成三類：如「簡單」、「複雜」及「超複雜」細胞，這些神經細胞可以將由眼睛所接收光線的形式、明暗度及色彩轉換成腦子所覺察的圖形，這種過程要比從前所想像的複雜的多。神經節細胞將訊息以一種光點的形式傳送至一中途站，稱為側膝狀體(lateral geniculate body) ，這裡再以相同的方式把訊息傳遞至大腦視覺皮質。
由醫學觀點看，他們最大的成就在於探討視覺系統在幼小動物腦子的發育方式。他們發現，視神經的連接在出生時就有了，但最初幾個星期反應並不精確。這結果與其他科學家所認為的「視神經是在動物出生以後才開始連接發育」不同；因此，如果一隻小貓或小猴子在出生以後頭幾個星期的「決定期」中，未能經歷所有的視覺刺激，牠們的視覺就會產生嚴重的異常情況。
這個事實似乎說明了，要想讓一個嬰兒視覺發育正常，在他視線以內的東西必須儘可能地有趣，以吸引他的注意。此外，如果嬰兒生下來就斜視或有其他視覺缺憾，也要儘快矯正。
休伯爾和維瑟爾後來便不再合作。休伯爾仍然對於腦的電生理學自動放射照相術感興趣，而維瑟爾著重於研究視覺系統細胞間的化學傳遞物。
(1..諾貝爾的榮耀 生理醫學桂冠 科學月刊著
.2.www.nobelchannel.com)
補充資料
1.
大腦與視覺傳遞
視覺皮質有特殊的區域處理傳進來的資訊。神經訊號抵達的第一個區域稱為第一視覺區（V1），也就是初級視覺皮質。初級視覺皮質的神經元重新映射視網膜同心圓中心與外環所傳送的資訊，就好像是更仔細篩選拼圖圖塊一樣。有些神經元對某種斜度的線條或邊線有反應，其他神經元則篩選出移動中的邊線，或依據色彩加以分別。這種映射表現在神經元精巧的空間配置上。感測特定方位角──比方說斜角三十度的邊線──的神經元細胞垂直排成一排，深入皮質達六層。鄰近的神經元則感測別的方位，並把雙眼的反應加以融合。幾分之一平方英寸*面積內的一組神經元排列，就能表現雙眼一小塊視野中所有方向的邊線。
@e:*一英寸等於二‧五四公分。——編按 @b: 對於神經結構的了解之所以能達到這麼細膩的程度，全靠科學家運用某種設備，一次一個神經元地檢視動物的視覺皮質（通常是恆河獼猴）；與同事維瑟爾首開此一研究先河的休伯爾，稱這種設備為「現代神經生理學中至為重要的唯一工具」。這就是微電極（microelectrode），是一條附有極細尖端的金屬細線，這個尖端比一個神經元細胞還要小得多。當猴子觀看螢幕上所顯示的影像而產生視覺刺激時，實驗者把微電極推入所要研究的區域，並接近某一個神經元細胞；神經元一產生反應，電極就會偵測到訊號並傳回實驗室。把這些訊號與視覺刺激關連起來，就可以得出單一細胞的視覺功能映射。休伯爾與維瑟爾這麼精細的工作，讓他們在一九五九年發現了感測方位的神經元排列方式，並在一九八一年共同獲頒諾貝爾獎。比較新的方法是用染料把神經元細胞染色，顏色則取決於細胞的電子狀態。運用這種現代版的高爾基染色法，可以讓極為井然有序的皮質配置變成色彩鮮豔的影像。
任何一個以結晶體內部精巧複雜的原子配置為研究課題的科學家，譬如像我，都不會對這種井然有序的幾何形狀感到陌生。物理學解釋了何以某些無生命的物質會是結晶體，但有生命的大腦為何會把視覺資訊映射成特定的三維空間配置？這種配置的好處之一在於速度。儘管俗語說「一念之間」，但神經訊號的傳送其實並不快，有的比散步還慢，有的一小時可達數百公里（科學作家雷伊〔Willy Ley〕曾經估算過，假想有一隻巨型達克斯獵犬，頭在柏林而尾巴拖到三百多公里外的不來梅，如果你在牠的尾巴末端扯一下，這隻獵犬的頭要到一小時後才知道哀號）。按功能配置的大腦細胞藉由縮短神經衝動的傳送距離，來提高思維的速度。幾何形狀也能減少大腦構成所需的遺傳基因資訊量，因為只要一份「藍圖」就能描述大腦皮質的多種排列方式。還有一個比較假想性的說法與大腦的可塑性有關，也就是因思考而導致大腦神經連結的改變。在鄰近的位置上發生相關認知活動時，可能會在相鄰神經元之間產生有用的關係，就像拼圖時把有邊線的圖塊和彩色的圖塊相互比較，尋找新線索。
第一視覺區並不是視覺處理的終點，這些神經衝動還會傳送到其他標示為第二視覺區（V2）到第五視覺區（V5）的皮質區。第二視覺區和第一視覺區一樣，包含了精確的空間資訊，其他區則負責處理色彩、形狀與運動。最近英國倫敦大學神經生物學家策奇（Semir
Zeki）提出一種說法，認為第三視覺區（V3）與運動中的形狀有關，第四視覺區（V4）與色彩、色彩和形狀的結合有關，而第五視覺區則與運動有關。對這些皮質區的認識有助於釐清知覺中一些令人困惑的面向，這類神祕現象中有一種叫做盲視（blindsight），這種病症是因為第一視覺區受損，導致大片視野被抹除，但有些苦於此症的人仍能分辨出從盲點輸入的視覺訊號。令人吃驚的是，這些人堅稱，即便他們能分辨視覺訊號，卻還是什麼也看不到，彷彿失去第一視覺區只剝除了視覺意識，卻保留了視覺的機能。有一種可能是：要理解第三、第四和第五視覺區的結果，就必須有第一和第二視覺區中精確的空間映射。前者把他們的發現傳回第一和第二視覺區，找出在空間中的精確定位，正如已經篩選分類好的拼圖圖塊最終還是要拼成一幅畫。
這種假想或許並不正確，但可以確定的是，對光的解碼在神經網絡中隨處進行、隨時進行。而如果視覺處理是去中心式的，那麼視覺理解說不定也是如此。目前還沒有證據顯示有一個最高級的「超Ｖ」核心，負責連結所有其他的Ｖ核心，這種核心可稱之為現代版的笛卡兒式意義中心。這種彙整方式好比有一個觀察者端坐在大腦中央，想要理解最後的圖像，就像是博物館參觀者對著一幅攝影作品沉思。相反的，如果視覺資訊是在各皮質區之間來來回回地磨蹭，或許每一次都會增加一層理解，而意識也隨之增長。這麼一來，視覺理解更像是看著照片在沖洗盤裡顯影的過程。
由於所耗用的神經資源如此之多，光的知覺遂成為一項重要的心智功能，提供推理與意識所需的線索。「或許，」知覺心理學家拉克（Irvin Rock）這麼說：「在演化過程中，知覺比意識推理能力更早出現。……果真如此，我們也許可以說，是思想類似於知覺，」而非知覺類似於思想。與華森（James
Watson）共同發現ＤＮＡ結構的克里克（Francis Crick），和他的同事寇赫（Christof Koch）一起研究哺乳類的視覺，藉以釐清人類意識的問題。他們回歸到心理學的偉大奠基者詹姆斯（William
James）的說法：詹姆斯相信，意識過程要靠注意力與記憶力。眼睛的指向運動就是一種注意力的投入，可能還有其他形式的選擇性注意力，因為有證據顯示，當恆河獼猴的視野內有東西引起牠的興趣時，腦內某些特殊的神經元細胞會因而有所反應。知覺也要靠記憶力，因為快速詮釋與辨識必須動用所儲存的資訊。而一旦牽涉到記憶，離個體性與主觀反應也就不遠了。
因此，我們終於站在眼睛奇異的十字路口上：在這個路口上，客觀過程變成了主觀反應，無關個人特性的光量子觸動了神經元，因而引發了具有個人特性的反應。人們因光而心情搖動，不管是塑造氣氛的純淨色彩，或是幻化成我們眼中所見世界的繁複形式。想想在凝視一幀照片時所感受的情緒。比方說，飢荒中的小孩讓人憐憫，這種憐憫的情緒被轉換成一幅圖像，並重新映射在腦海中。在大腦活動中，某一組嗡嗡作響的神經元讓我們產生憐憫的感受。但這種感受與視覺之間的關連性曖昧不明，我們還不知道受光刺激而產生反應的神經結構，與悲傷、興奮或其他反應有何關連。我們還需要更廣泛地加以梳理，直到這些關連獲得理解。檢視人類對光的反應，使神經生物學與心理學、生理機能與後天學習反應不再纏夾不清。
這些反應從普遍到個別、從精神到世俗都有，有些還融入我們最古老的信仰之中。宗教把光當成是精神、道德的中心，光明對抗黑暗則猶如一場道德的大戲。基督教聖經、回教可蘭經、印度教吠陀經的奧義書，都把神性比做光、或宣稱光是尊貴與知識的指引。從印度到非洲、從英國德魯伊教到墨西哥阿茲特克族，在埃及、在希臘、在羅馬、斯堪地那維亞，都出現過太陽崇拜與光明之神的信仰。層次沒那麼崇高的，則有日常經驗中色彩的力量。我發現，在陽光普照的日子裡，太陽眼鏡會左右我的情緒。墨綠色鏡片擋住陽光，但也擋住了溫暖的顏色、罩上一層陰鬱的色調，毀了陽光下的愉悅心情。我的第二副眼鏡是棕色鏡片，讓世界看起來溫暖明亮。但另一副眼鏡的棕色鏡片則在表面加了點黃色，就像照相機的濾光片能夠強化對比、劃破距離的迷霧，這些鏡片則使天空帶了一種令人不安的黃，似乎預告就在地平線那邊，一場龍捲風正在醞釀。或許，這種反應與過去的暴風雨記憶有關？又或是對特定波長的一種心理反應？
色彩有一定而明確的心理效果。詩人兼散文作家艾克曼（Diane Ackerman）在《感官之旅》（#A
Natural History of the Senses）一書中提到，她在紐約的美國自然歷史博物館中看見一大塊硫磺，其色澤如此之黃，令她不禁落淚，毫無掩飾地表現出神經系統的愉悅反應。事實上，看見黃色或紅色會使血壓升高、呼吸急促、心跳加速，藍色則有降低、冷靜的效果，這種本能反應可能代表著長期的演化模式。某些靈長類動物偏好藍綠色環境，紅色則會令牠們騷動不安，這或許是因為紅色代表著自然環境中具潛在危險性的現象。
演化也讓人類對日光有其他的強烈反應。我們來檢視一下照射量最大的日光波長：幾乎有一半的日光輻射波長是介於四百到七百五十奈米之間，其中我們的眼睛最敏感的是黃綠光，這也是太陽顏色中最耀眼的。我們的身體與光有直接關連，因為人體的生理時鐘每天因光而重新啟動，光所引動的節奏支配著我們的生活。人體被設計成會在白天保持某種程度的運轉，當視網膜受光刺激而打開連接大腦內部警覺控制區的神經通道時，人體就開始以設定的程度運轉。當人們生活作息異常，或快速旅行而跨越時區，會因光的節奏被打亂而渾身不自在。正確運用人造光，對這種問題頗有療效，甚至可以用來治療更嚴重的不適症狀，如季節性情緒失調之類，這是在光線陰暗的冬季會出現的憂鬱症。
身體的局部也會出現這種生理反應。我們老早就曉得景觀中的紅色部分顯得比較近，而藍色顯得比較深遠，十八世紀法國藝術家夏丹（Jean-Baptiste-Siméon
Chardin）就已經運用這種技巧，一八一○年歌德在他的《色彩論》（#Theory of Color）一書中也提到這一點。原因是眼睛裡的水晶體會改變形狀，把不同波長的光正確聚焦在視網膜上，我們的心智卻把這些改變對應成物體的不同距離感。我們可以在藝術作品中把紅色與藍色的區域刻意擺在一起，就能運用這種效果。眼睛不斷變換焦距以適應每一種顏色，平面影像也隨之起伏，變成三維空間影像。
撇開生理反應不談，每一種顏色各有其鮮明的傳統含義：黃色，孕育生命的太陽與怯懦的色調；藍色，忠誠；白色，純潔。在《解讀服裝》（#The Language of Clothes）一書中，魯瑞（Alison Lurie）討論黑色運動衫、灰色套裝與紅色裙子所傳達的訊息：有些色調會引起生理反應，也許是性的反應，例如令人興奮的紅色。但其他的色彩聯想則是由文化來界定，所以在某些社會中，白色才是喪服的顏色，而非黑色。文化甚至會影響對於景觀的知覺。早期針對南非班圖人所進行的一項著名研究顯示──儘管這項研究結果也受到質疑──按照歐洲藝術家慣用手法所繪製的圖畫，在那些依循另一種觀賞傳統的人看來，有頗為不同的詮釋。另一方面，拉斯科及其他地方的洞穴圖像，儘管其時代、文化與我們相距甚遙，所畫的線條輪廓卻能為我們所理解。心智詮釋影像，並引導執筆之手畫出輪廓線條，其中似乎存在某種無關文化的普遍性。
http://be1.udnnews.com.tw/2002/1/29/NEWS/CULTURE/NEWBOOKS/685480.shtm
2.
視覺研究發展歷史
一萬七千年前，舊石器時代藝術家在今天法國的拉斯科（Lascaux）洞穴壁上作畫，把他們那個世界的動物加以形象化。一個世紀前，莫內漫步在他吉凡尼的花園中，想著如何把這座花園令人眼花撩亂的色彩畫到畫布上。到了現代，攝影家亞當斯在優聖美地（Yosemite）凝視著半穹頂（Half
Dome），拍下了一幀經典照片；而霍柏細細端詳著曼哈頓的餐廳，這座餐廳後來成了他畫作《夜遊者》（Nighthawk）中的小餐館。今天，你我透過相機鏡頭，瞇著眼睛想捕捉一幅怡人的畫面，或是癡癡凝視著一處風景。無論古今、藝術家或凡俗觀者，我們每個人都用眼睛在檢視著現實，或是我們對現實的記憶。
我們之中很少有人能把自己所見轉變成感動別人的影像，一如偉大藝術家所為；但我們都具備複雜的視覺器官，而且早在人類開始在藝術活動中操弄光或透過智性來理解光之前，此一器官即已發展完備。我們看見彩虹的顏色及其他許多色差，適應變化多端的光影明暗，並展現驚人的圖形辨識能力。而體內不可勝數的視覺感測器與神經管路，以及這些器官所處理的龐大資料，在在說明視覺是我們最複雜的感官，這也正是生物體系潛力無窮的絕佳例證。
在變幻無定的視覺環境中保持高度靈活，正是眼睛與心智組合的特色，讓這兩者具備一種驚人的能力，得以將光所帶來的資訊洪流框限於模式之中。請拿起一張普通的紙來看：在室外，不管是正午略帶黃色的強光，或是日落時分微弱偏紅的夕照，紙看起來都是白色；進了室內，在比日光還弱一百倍、可能偏藍或偏紅的燈光照明下，紙還是白的。但要是在清晨或黃昏把這張紙拍成照片，卻會顯現出玫瑰般的色澤及其他種種的差異；你的視覺處理過程會把這些差異加以同化，照相機卻不會。照相機精確呈現鏡頭所攝入的景象，大腦與眼睛則像是一部有色彩校正、自動對焦功能的照相機，而且還會自己尋找目標。
大腦及其視覺機能尚未得到充分了解，不過，早在科學上確認光波與光子之前，我們對眼球構造及眼睛攝入景象的方式，就已經多所認識。十七世紀前半就有人精確描述過眼球的構造，以及改變眼球焦距以達最佳視力的神奇透鏡。偉大的科學家、哲學家暨數學家笛卡兒對眼睛做過廣泛研究。一六三七年，他在《折射光學》（Dioptrique）一書中發表一幅著名的圖解，這幅圖解正確顯示出光線如何通過眼睛前方的透鏡，使焦距落在眼球背面的視網膜上，形成倒像。光的這種行進方式在一項駭人、殘酷但直接的實驗中得到證實，這個實驗把牛眼水晶體切除取出，通過這個水晶體看到上下顛倒的影像。
繼這些初期探索之後，顯然有必要同步進行各方面的深入考察，才能發現視覺能力的核心所在。心理學與物理學、生物化學、哲學與神經科學，沒有一種可以單獨給出完整的答案，因為對於知覺的研究必須結合量化知識、與我們真實反應中質化的主觀面向。笛卡兒結合科學與哲學，思索視覺的過程與意義；十七世紀的洛克、十八世紀的康德及其他哲學家，都一直想把知覺的內在過程與外在現實關連起來；十九世紀後期興起的知覺心理學，研究人們如何對影像產生反應，並找出這些反應中的重要模式，持續對視覺進行探索。圖像表現的藝術，有時結合心理分析，也對觀看與詮釋意指為何提供了某種洞見。
這些研究取向都把視覺當成一個整體來探索，但二十世紀則發展出另一種科學觀點：我們之所見決定於眼睛與大腦內部的細小神經細胞，這些細胞對光有反應，並把這些反應加以編組。此一研究取向因生理學的進展而壯大，特別是十八、十九世紀所取得的進展；當時透過細部檢查技術發現細胞是生命的基本單位。一八六○年代利用顯微鏡所做的研究顯示，視網膜含有兩種不同的感光細胞，按其形狀名之為桿狀細胞與錐狀細胞。同一時期，生理學家、同時也是物理學家的亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz）清楚寫道，光照射到眼睛裡的受器，所產生的神經衝動傳到大腦並被加以詮釋。此一模型一般性地解釋了笛卡兒所看見的視網膜倒像──這精巧而簡潔的眼球光學設計產物──最後如何顯現出正確的視覺影像：大腦詮釋感官衝動，把影像轉正。但是，對於把光轉換成神經訊號並加以分析的種種過程，我們還是不了解。
在顯微鏡下操作的二十世紀生物科學，針對桿狀細胞與錐狀細胞如何把光轉換成神經衝動提出了解釋，並且逐步了解這些神經衝動如何變成一幅世界圖像。我們可以藉由過去一百年來有重大貢獻的多位科學家的工作成果，簡要敘述這個複雜的故事：拉蒙卡哈與高爾基（Camillo Golgi）使我們得以透過顯微鏡觀看神經細胞，並證明桿狀細胞與錐狀細胞是一種與通往大腦的複雜網絡相連的神經元細胞；沃爾德發現網膜的視紫質（rhodopsin）分子如何感覺桿狀細胞中的光，並引發相應神經訊號；休伯爾（David
Hubel）與維瑟爾（Torsten Wiesel）共同以極細的電線探測大腦，測定大腦如何處理神經訊號來詮釋光的意義，於一九八一年共同獲頒諾貝爾生理醫學獎。
要了解現代科學在視覺的理解上有哪些成就，最好的方法就是從光的幾個基本事實開始：光以波動與粒子的形態出現，這兩種形態則以波長、頻率和能量來描述。這些性質影響了拉斯科洞穴藝術家的眼睛與心靈，當你現在閱讀這些文字時，也影響了你的眼睛與心靈，因為這些性質決定我們如何觀看與所見為何。波動理論能夠說明眼睛前方的透鏡如何把光聚焦在視網膜上，並在此進行感光與初步的處理。我們所見的色彩與光波頻率有關，正如音樂的音高與音波頻率有關。而光子說也言之成理，因為視覺活動開始於視紫質分子因光子撞擊而改變形態。
我們把波長定義為兩連續波峰之間的距離，而不論是海中浪濤起伏、空氣中的聲音、或是光，每一種波也都有一個頻率以資定義其時序特性。想要了解頻率，可以採取愛因斯坦探索物理真象時最喜歡用的方法：思想實驗。想像自己身處一灣平靜無波的池邊，把一顆石子丟入水中，看著一圈圓形波峰從水花濺起處向外擴散出去。現在以規律的間隔把石子一顆接一顆拋入同一處，譬如一秒拋一顆，製造出一組向外擴張的同心圓波峰與波谷。有一個遠處的觀察者，看不見你的動作，可能會據此現象而推論：造成此一波動的力量每秒重複一次，因為每隔一秒就有一個新的波峰通過他的身旁。如果你拋石子的速度更快，觀察者每秒計算到的波峰數就會更多，這就是波的頻率，計算單位是赫（hertz），這是為了紀念德國物理學家赫茲（Heinrich Hertz），他確認了光的電磁性。頻率對光子也有意義，頻率越高，光子的能量就越大，兩者成正比。
頻率與波長之間也有關連：其中一個變大，另一個就會變小；兩者的數學關係是頻率與波長的乘積等於波速。如果你把石子拋入池中的速度較快，也就是波頻較高，那麼波峰在下一個波峰產生前所能前進的距離就不會太遠，意思就是波峰與波峰的距離（波長）必然較短。可見光的波動頻率極高，達幾百兆赫，波長因而極短。而我們聽得到的音波波長達數公尺，頻率則不到兩萬赫，這麼低的振動頻率用立體聲喇叭就能製造出來，而且同樣可以在耳中裝上機械設備來感知，但我們想像不出有任何機械能達到兆赫這麼高的振動頻率。要了解這等超乎一般想像的特性，光的製造與偵測需要有更精密的設備。
具備測定光之波長與頻率的能力，使我們所見事物除了主觀性之外，也有了客觀的秩序。想想看彩虹的顏色排列，通常是紅橙黃綠藍靛紫，這是從彩虹的最外側到中間的順序，但這七種顏色的習慣性組合多少有點武斷。當牛頓率先使用玻璃稜鏡做顏色研究的實驗時，似乎是因為相信視聽之間應當相關，所以堅持七色以合音調Ａ到Ｇ之數。有證據顯示，他最初看到的是五色，後來才加上橙色與靛色。有些科學家檢視彩虹時看到的是六色，沒有靛色，但也有別的科學家區分出數十種色差。
儘管所看到的彩虹顏色因人而異，但測量結果顯示，這些顏色的排列是按嚴格的波長次序，從波長最長的紅色到最短的紫色，中間值則是綠色。正常的人眼對波長四百到七百五十奈米（十億分之一公尺）的光，也就是從亮紫到深紅會有視覺反應。這個波長相當於幾千個原子排成一列，而一根人髮的直徑則相當於數百個這樣的波長。可見光的範圍也可以用頻率來表示：紅光振盪頻率是四百兆赫，紫光是七百五十兆赫；換成光子的說法，光子的能量與頻率成正比，所以紫光光子所攜帶的能量幾乎是紅光光子的兩倍。
我們可借用樂理的記譜法來表示可見光的範圍：如果某個音調的頻率是另一個音調的兩倍，按照記譜法，這個音調就比另一個音調高一個八度音程。從中音Ｃ旁邊的Ａ調開始，頻率是四百四十赫，高一個八度的Ａ調是八百八十赫，高兩個八度的Ａ再加一倍，是一千七百六十赫。整個鋼琴鍵盤可以表現約七個八度，人的聽力則從二十赫到兩萬赫，可以涵蓋幾乎十個八度。由於紫光頻率不到紅光頻率的兩倍，所以可見光涵蓋範圍不到一個八度；這個範圍比聲音的範圍要窄，但我們所看見的世界卻充滿令人驚奇的色彩。如果我們的聽力限制在一個八度之內，譬如四千赫到八千赫，音樂將會變得平淡乏味，聽不到低沈的音樂合成器或鼓聲，也聽不到最高亢的笛音及其他許多音調。
眼睛處在一個奇異的十字路口上，這裡物理刺激與生理反應融合交會，因而能在單單一個八度的範圍內，看見如此豐富的色彩。色彩是光在心智中產生的一種感覺。單一波長的光與知覺到的顏色之間有著直接關連；例如我的實驗室中耀眼的翡翠綠雷射光，其波長只有一種，而且可以精確測量出來。但通常我們是在日光或人造光下觀看，這兩種光都是由各種波長的光混合而成，眼睛的反應方式也隨之而複雜。混合不同波長的光卻可以產生相同的色彩知覺，而且我們知覺到的某些色彩，例如洋紅，根本找不到單一波長的光與之對應。還有，任何一種色彩都可以表現出不同的飽和度（也就是以不同份量的白色稀釋原色的純度，如粉紅之於紅）、不同的明暗，甚至與其他色彩放在一起做對比。每一種變化都會改變知覺，據色彩複製專家估算，我們可以分辨多達一千萬種的色差。. http://be1.udnnews.com.tw/2002/2/1/NEWS/CULTURE/NEWBOOKS/690202.shtml