一只能看见第三种颜色的猴子，揭开了更多大脑与色觉关系的迷雾，也使治愈红绿色盲成为可能。
在一段视频里，一只可爱的灰色松鼠猴“道尔顿”，正在不停用脑袋撞击着电脑屏幕。道尔顿有着大大的眼睛，长着蓬蓬的胡子。它正面对着一块（对松鼠猴来说）宽大的屏幕，上面显示着不同大小和颜色的点。屏幕下面是一个为猴子特制的小盆，就像一个不锈钢的娃娃屋厨房里的水槽。
道尔顿正在参与一项研究。由于是红绿色盲，雄性松鼠猴并不能很好地区分颜色。道尔顿的眼睛只能看到中等和短波长的光，即蓝色和绿色，以及它们的复合色黄色。这是视觉学家们所说的红色盲者——没有红色光的视觉感受器。用我们人类的色彩语言来形容，它的眼睛会将红色看成深黄色和棕黄色，而绿色则看起来更偏向黄色。
道尔顿被训练成用看似在撞头的方式来表明看见了屏幕上的颜色。“它其实在非常仔细地用舌头来舔屏幕。”华盛顿大学的视觉研究员杰·尼兹（Jay Neitz）说。杰说，道尔顿之所以会伸出舌头，是因为当它识别出一种颜色时，小盆里就会出现一滴葡萄汁。道尔顿可喜欢葡萄汁了。同时，还会有一声“咔嚓”声出现在背景中作为强化信号，所以当它看见有颜色的时候，就会情不自禁轻轻吻去。
不过若是道尔顿无法认出颜色，或是亲吻了屏幕上的别处，代替“咔嚓”声的就是一阵不那么愉快的“嗡嗡”声了，而且葡萄汁也没有了。有时在这种情况下，道尔顿会开始胡乱猜测，抑或是环视四周，显得有些不耐烦。
“它生气了吗？”我问。
“它更像是在说，‘什么鬼？’” 杰说，“有时它们会抓住铁盆，表达沮丧之情。”在连续数个片段之后，道尔顿没有认出灰红相间的颜色，蜂鸣器嗡嗡作响，而葡萄汁也没有出现。道尔顿的身体摆出一种灵长类动物想和经理谈谈时的那种姿势。
实验至此中断了数周。在2009年的时候，道尔顿接受了一个精密的手术。外科医生将一根长长的注射针头插入道尔顿的眼中，将一滴小液泡注入。这就是道尔顿超能力的由来了，而尼兹和他的遗传学家妻子莫林（Maureen），就是创造“超级猴子血清”的科学家。
液体里含有一种腺病毒（adenovirus），一种常见的感冒病原体。不过这些病毒里所有的致病因子已经被清除干净了；它被重新设计，用来搭载一条包裹在蛋白质球内的DNA链。修改过的腺病毒携带的指令，则是让猴子视网膜上原本只能感受绿光的视锥细胞，拥有探测红光的能力。
每一步都要万无一失。病毒必须附着在细胞上，并避开猴子的免疫系统；新的基因需要被传送到细胞核中，并整合进现有的DNA中；基因必须被激活，并开始制造蛋白质。 整个过程并不总是成功的。“我们一直在尝试提高效率。” 尼兹说。在病毒滴度最高的情况下，最多也只有30%的被感染细胞成功地激活了导入的基因。但是对于能够激活基因的细胞来说，它们将继续表达不只一种光色素，而是两种。曾经只能接收中等波长光的视锥细胞也将获得接收长波长光的感受器，换句话说，这些视锥细胞将能够识别红色，而道尔顿也将拥有其他猴子不具备的超能力。
尼兹发布了一组道尔顿手术后的视频。这回，当红点出现在绿色的背景里时，道尔顿选对了：伸舌头——滴答——果汁出现。同样，当红点出现在不同颜色的背景中时，道尔顿伸舌头——滴答——果汁出现，简直势不可挡，一题又一题，他几乎全都找出来了。
在尼兹夫妇的研究中，最引人注目的不是这只眼睛经过基因改造的猴子，而是道尔顿本身所体现的关于颜色色觉的遗传学本质。大多数哺乳动物都只能看见二元色，也就是说，它们只有两种能够识别颜色的光感受器。但一些包括人类在内的灵长类动物则是三原色视者。这样的能力因何而演化，以及如何演化，目前我们仍不得而知。但是，能够诱导像道尔顿这样的二元色视者¹看见第三种原色，已经说明了很多关于色觉，以及我们的大脑是如何处理颜色的问题。这也可能是一种治疗红绿色盲的方法。
¹译者注：在本文中，二元色视者（dichromat）指只能看见三原色中的两种颜色及其按不同比例混合之后形成的颜色的个体；三元色视者指能正常看见三原色及其复合之后的颜色的个体。三原色指不能透過其他顏色的混合調配而得出的「基本色」，此处的三原色特指“生理原色”，即人眼三种锥状细胞所看到的色彩，分别为红、绿、蓝。
早在1672年， 第一份真正意义上的科学期刊——《自然科学会报》发表了艾萨克·牛顿划时代的著作，文中表明棱镜可以将太阳发出的白光折射成一段光谱。光也许有多种颜色，但不是每个人都可以看见这些色彩。 将近一个多世纪以后的1777年，该期刊发表了一篇通信，其中提到的一位名叫哈里斯的鞋匠，他和他的兄弟都不能分辨红色的物体，他们“仅能分辨出彩虹有不同的颜色，即‘彩虹是由不同的颜色组成的’，但他不能辨别都有哪些颜色”。
随后更多色盲的案例被报道了出来，色盲这种缺陷，也意外地启发了科学，来理解人类色觉的感知过程。1789年，和松鼠猴道尔顿同名的英国化学家约翰·道尔顿（John Dalton）在《曼彻斯特文学与哲学学会回忆录》中爆料：他不知道花的颜色，总是不得不问他的业余植物学家朋友们，而且他不是在开玩笑。“尽管如此，我从未质疑过自己的视觉有什么特别的，直到1792年的秋天，我意外地在烛光之下看了一眼马蹄纹天竺葵，”道尔顿写道，“花朵是粉色的，在我眼中，就像晴空那般湛蓝；然而，在烛光之下，花朵摇身一变，一点蓝色也没有了，而是变成了我称之为红色的颜色。”道尔顿的哥哥看到的花也是如此。
作为他自己研究的被试，道尔顿开始了实验。 他意识到，大多数人能在牛顿光谱中看到6种颜色，“但我只能看到两种或者最多三种区别。”道尔顿写道。 红、橙、黄、绿对他来说，都是“黄色”的，而另外的则是蓝色的。而且，这些颜色在烛光之下和在日光之下是不一样的。
化学家道尔顿和松鼠猴道尔顿一样，都是红色盲。所以在今天，这种症状有时也会被称为“道尔顿症”（大约有1%的男性和极少的女性罹患这一症状；相对更常见的是红绿色盲，叫做“乙型色盲（deuteranopia）”，乙型色盲的突变发生在能感知绿色的中等波长光的视锥细胞中，影响了将近6%的男性）。
1801年，博学多识的天才托马斯·杨（Thomas Young）断定，光不仅仅由在“以太”中传播的波构成（现在我们知道“以太”并不存在，不过在杨的时代还无法理解） ，而且通过牛顿的计算和对光速进行的良好预测，杨成功地量化了不同颜色的光的波长。据他所说，红色光“每秒钟有4.82亿次波动”，而绿光则有5.84亿次。视觉研究者约翰·莫隆（John Mollon）在他的著作《正常和缺陷色觉》中说，它们十分接近现代的数值。
杨并没有就此结束。波长是连续度量，能代表无限多种可能的颜色；据估计，人类能看到的颜色有200万到10亿种。但是，“因为几乎不可能让视网膜上的每个敏感点都能够贮存无限多数量的粒子，让每个粒子都能与每一种可能的波动同步震动，所以，我们有必要假设这个数字存在一个上限，比如说，三原色，即红、黄、蓝。” 杨说。
虽然杨不是第一个提出人眼中存在三种不同的颜色感受器的人，但他肯定是发出声音最响亮的那个。
1852年，赫尔曼·冯·亥姆霍兹（H. L. F. von Helmholtz）发表了一篇论文，强调了颜料混合和光的混合的区别。将红色和绿色的油彩混合会得到黄色（看上去可能是褐色，但它本质上还是暗黄色）。选择互补的彩色灯光，混合就得到了白光。亥姆霍兹最初对杨的方法表示怀疑，部分原因是因为当他将不同的彩色灯光混合在一起时，结果就像蜡笔混合在一起一样，饱和度降低了。
詹姆士·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell） 提出了一种量化人们的颜色感知的方法，后来他还写出了那组如今仍统治着电磁学的伟大方程，而这使得亥姆霍兹改变了想法。麦克斯韦意识到，每个我们能感知的色彩，都要作用于托马斯所假设的三种感觉。没有人在现实生活中见过超饱和的色调。但要证明可能有其他色彩存在于人的基本视觉能力之外，麦克斯韦意识到他必须要量化那些缺失托马斯所提出的三种感觉的人的色彩观察能力，换句话说，他需要患有色盲的人。
麦克斯韦设计了一个理论色彩空间，这是一个有着红色、绿色和蓝色顶点的三角形。他写出了一个方程式，通过转盘和彩纸，就能够产生色彩空间里任何可能的色彩；在与患有红色盲的人打交道的过程中，他发现对于任意一种颜色来说，其他任何可能与之弄混的色彩都在该色彩与三角形红色顶点的连线上。所以，如果说这个人缺失了红色光的感受器，或者用麦克斯韦的话来说，这个人是一个双色视者，那么对红色的基本感觉就根本不在他的三角形之中。
亥姆霍兹深深地接受了这样的观点。到了19世纪中期，每个人都开始将眼中存在三个色彩感受器的想法称为杨-亥姆霍兹色彩理论。不到十年之后，科学家们基本都同意了视网膜中的视锥细胞是这些知觉存在的地方。
不过，当时还有另一种理论。作为德国神秘主义传统的继承者，出生于德国萨克森一个书香门第的艾沃德·黑林（Edward Hering）更加关注心灵，自其1860年在莱比锡大学获得了医学硕士学位后，便在不断挑战亥姆霍兹（我在此特别感谢R·史蒂文·特纳（R. Steven Turner）所著的《心灵之窗：视觉与亥姆霍兹-黑林的争议》记载了这段史料）。黑林思考着：为什么一个人会将绿色想象成蓝色或黄色的，而不是红色的呢？或者将蓝色看成红色或绿色的，而不是黄色的呢？ 如果将红色、绿色、蓝色和黄色定义为四种基本色彩，即黑林所说的原色（德语：urfarben），抑或是像今天的科学家们会用“独特色调”（unique hues）来称呼它们，那么，为什么人们不能看到，甚至没有想到红绿和蓝黄？ 这些色彩是对立的，甚至是对抗的。德语中正好有一个词能描述它，称它们是“以色”（德语：gegenfarben）。
还有对于那个称只要三个传感器就可以解释所有颜色的观点，黑林在《光感理论概述》(Outlines of a Theory of the Light Sense)中如此写道：“然后，人们被迫用有点红的绿色或是有点绿的红色来描述黄色，然后用有点紫的绿色或者有点绿的紫色来描述蓝色，” 这样做或许没什么，但是“仅仅靠这样的方式来给颜色分配名字，根本不能体现不同颜色之间有无关联，以及有多少关联。”
黑林借助他的“拮抗理论”，重新绘制了色彩空间，这是一个红对着绿、蓝对着黄的圆，然后红蓝交叠，融合出不同的紫色，正好与黄绿交叠产生的黄绿色相对。对黑林而言，红绿色盲就是缺乏了感知红绿对立轴的能力。所以，如何将更现象学的颜色观察经验与人们已知的眼睛工作机制（或是无法正常工作的机制）融会贯通， 就构成了20世纪下半叶有关视觉研究的另一半故事了。
尼兹实验室占据了西雅图南湖联合公寓区内的一幢楼的两层，南湖联合公寓区过去以游艇和“老少皆迎”的夜总会而闻名；而如今，则拥有着众多令人眼花缭乱的现代立方体——华盛顿大学的研究实验室、谷歌的西雅图办事总部、亚马逊的办公室，以及像NanoString这种起着听起来就让人想挠头的科幻名字的企业。艾伦研究所的隔壁就是脸书正在建设的新总部。
在研究室各个走廊外的小房间里，先进的视觉研究仪器一字排开，就像游戏厅里的游戏街机一样。尼兹身材瘦削，面带微笑，身着太平洋西北部的标准羊毛套衫和漂亮的运动鞋，正在向我展示最新的配件——一个自带自动切片机的扫描电子显微镜，这简直就是实验室版的熟食切片机。
它先拍一张照片，然后把它镜头下的东西切掉50纳米，然后再拍一张照片。计算机将这些切片由内而外组装成一个完整的结构。而它正在观测的是一个猴子的视网膜。
在屏幕里，视网膜像胡安·米罗（Joan Miró）制作的马赛克，所有的弯弯曲曲互相倾斜。尼兹说，那些最暗的交界之处就是神经元相互交流的地方，换句话说也就是神经递质从一个神经元横跨突触到达另一个神经元的地方。
尼兹夫妇在1981年结婚，并在1986年时获得了他们的博士学位，他们读博时，莫林研究的是遗传学，而尼兹则钻研神经科学。尼兹意识到色彩和色盲恰好是一种关于意识的自然实验，而莫林认为分子遗传学或许可以帮忙。当他们获得博士学位之后，他们决定一起解决这一难题。他的办公室在楼下而她的在楼上。他说，“我们的合作能力——” ，她接话道，“大大提升了。”
灵长目动物眼睛的视网膜背面有四种感受光的光色素。视网膜紫质（rhodopsin）并不存在于感知颜色的视锥内，而是在称之为感受弱光的视杆细胞里。在视锥中，有另外三种光色素，它们分别对应长波长的红光、中等波长的绿光和短波长的蓝光。这正好是杨-亥姆霍兹理论的根基所在。
被称为旧世界灵长类动物的猕猴、狒狒和人类，通常有三色视觉，而包括松鼠猴在内的新世界灵长类，却很奇怪。有些松鼠猴是三原视者，有些却是二原视者，而且不是所有的三原视者都能看见同样的颜色。有些被称为“异常三原视者”，这是一种常见的色盲。
在早先时候，尼兹的导师杰拉尔德·雅各布(Gerald Jacobs)发现，松鼠猴甚至有五种光色素。有短波长的、中等波长和长波长的光色素，还有介于红色和绿色之间的中间光色素。有的猴子只有红色和中间光色素，被称为绿色弱视（deuteranomalous）；有的只有绿色和中间光色素，被称为红色弱视（protanomalous）。还有的红色盲猴子只有绿色的光色素。雄性全都是二原视者，而有的雌性是三原视者。
所以，有点想说“什么鬼”对吧？ 染色体正常的哺乳动物有两种所谓的性染色体，雄性有一个X和一个Y，而女性有两个X。所以，遗传模式非常烧脑。雄性子代会获得他们父亲的Y染色体和他们母亲的其中一条X染色体，而雌性子代则会获得他们父亲的X染色体，以及同样的，他们母亲的其中一条X染色体。在雄性中，两条染色体都会产生蛋白质，但在雌性中，每个细胞中的其中一条X染色体会被沉默，而这个过程被称为X染色体失活(X inactivation)。
但棘手的一点是：接收短波长的蓝光的光色素并不像另外的两种光色素一样在性染色体上。
对猴子来说，光色素仅仅来源于X染色体上的一个基因，只不过这个基因有三种可能的形式，即遗传学家们说的等位基因。所以所有的雄性里总共有3种二元视者。
而雌性呢，则有6种不同的类别——每条染色体上三种。“如果你是雌性，而且其中一条X染色体上是红色的光色素，在另一条X上则是绿色的，那么在大约一半的视锥中，有一半是红色光色素的X染色体，另一半则是绿色光色素的。瞧，雌性这样就有两种视锥了，”——而且是在有蓝色的锥细胞的基础上，尼兹说。但是，雄性只有他们原有的蓝色椎细胞，“以及红色、绿色，或中间色素中的另外一个。”
好了，说了那么多，我不禁想问：尼兹夫妇对道尔顿做的实验可以作用在人眼上吗？我们真的可以治愈有着红绿色盲的人类男性吗？
这不是一个简单的问题。基因治疗十分棘手，大多数人的身体或精神上的问题并不仅仅归结于一个基因，而且就算如此，我们也并不清楚究竟该如何敲除这一基因来修补问题，或者这样的敲除又会带来怎样的连锁反应。
此外，虽然每个细胞中都有所有种类的基因，但不是每个细胞中的每一个基因都会被激活。制造肌肉的细胞在大脑中就不再制作肌肉；制造骨头的细胞也不会在肌肉之中干同样的工作。所以你必须瞄准正确的细胞，然后说服它们改变——即通过转导（transduction），让细胞能够表达你想让其表达的新蛋白；然而，转导并不总是成功的。在这里，尼兹夫妇有一个优势。尼兹说：“为了治愈色盲，你所希望的不过是随便转导一群视锥，而你有10亿份病毒能复制到光感受器的位置。因此，即使转导的效率不高，仍然可以获得足够的转导细胞。”
目前，尼兹夫妇正着眼于如何改进治疗。他们希望能将足够多的转导液注射进玻璃体之中——玻璃体是填充眼球的透明胶质。但为了避免导致视网膜脱落，又不能注射太多。所以他们对载体和整个流程做了正确的修改，然后将其注射进了猴子体内。“我们也不知道结果如何。”尼兹说道。
视锥细胞是产生色觉必不可少的，但只有它们还不够。视锥和视锥之间的，以及视锥从眼睛经过不同站点到达视觉皮层的神经连接，都在被那些浪漫的科学家们过去所称之为“色觉”的产生上发挥着作用。
所以当然地，松鼠猴道尔顿在行为上是三原视者，他看颜色就像视觉正常的你和我一样。但道尔顿真的能看到三原色吗？ 对于完全的三原视觉，你必须在视网膜细胞和大脑之间进行正确的连线。而尼兹认为，道尔顿确实已经是三原视者了，因为新的锥细胞已经被放入，而且它的大脑也正等着从这项基因工程中获得新的输入信号。 毕竟，有那么一些雌性松鼠猴是天然的三色视者。
其他的研究人员则没有那么肯定。“展现三色视觉并不那么神秘。麦克斯韦在150年前就已经发现如何做到了。你必须让动物们将三原色配对，”纽约州立大学验光学院的神经学家卡西姆·扎伊迪（Qasim Zaidi）说道，“他们用了10年的时间来做这件事，而他们还没有成功。”
其他的神经架构可以给出与尼兹所见的一样的结果。视网膜是由神经节细胞、双极神经细胞、无长突神经细胞，以及将椎细胞和杆细胞相连的水平细胞组成的复杂层级结构。细胞簇产生“感受野”，将信息提供给上行神经元，朝向大脑。对光和色彩的知觉其实是来自于所有这些细胞的反应和信号的组合，通过一种算法，将来自某些细胞的负信号和其他的正信号相结合。扎伊迪说：“你可以通过非选择性地激活一个神经节细胞，来获得全部的反应，包括在这个神经节支配下的整个感受野中的每一个光感受器。”
但尼兹肯定地说他做的行为学实验证明了这远不止如此。 猴子们不仅仅只能看到亮度的不同——如果把光比作声音，那亮度就是颜色的音量。尼兹说：“因为我们非常仔细地将红色和绿色的强度与灰色进行对比，以确保无论使用何种亮度，它们都能被分辨出来，但二色视者则不能。”
人们总是争论颜色的演化价值，它肯定存在，否则我们就不应该看见色彩。所以，我们这些动物是如何获得分辨颜色的能力的？要演化获得三色视觉，你的大脑需要有处理来自视网膜色彩感受器的混合输入信号的能力。但要在自然选择中获得这样一个大脑，你首先需要三个色彩感受器和所有神经连接。
猴子们拥有全部三种光感受器，他们的视锥能够对红光做出反应，它们满足了这一前提条件。但是出于好奇，我问尼兹夫妇他们是否尝试解剖过这些猴子的眼睛，然后看看它们的视锥呢？
“我们永远不会杀死猴子。我们反对这样做，”尼兹说道。“我开发了一种电生理技术，可以通过麻醉动物，在它的眼睛上放一个电极，发出不同的光线，然后弄清楚它们拥有什么样的光色素。”而事实上，道尔顿在几年前就去世了，死于II型糖尿病；而尼兹说，它的病意味着尸检告诉不了他们什么。 （尼兹说，对暴力的厌恶也使他们拒绝军方的邀请，考虑超越视网膜基因治疗红绿色盲之外的潜在应用——红外夜视或者能够分辨友军和敌人制服区别的能力，以及其他。尼兹没有透露更具体的东西了。）
或许，道尔顿可以看到色彩与色彩之间的差异，但这并不是我们人类会描述为“颜色”的那种差异。又或者，它们现在可以看到，某件东西有着不同的颜色，而这种颜色在基因治疗之前是它们无法看到的。 尼兹的前导师、老同事雅各布在一封电子邮件中说：“尼兹的研究（在我看来非常清楚地）表明，在这种二色视觉的雄性猴子中诱导第二个M / L视蛋白基因的表达，能够使它们获得类似三色视觉的辨别能力。”
他说，“这种成功向我强烈暗示着，在视网膜阵列上添加一种可用的光色素的方法，很可能在人类身上也起着同样的作用。而对于他们的辨别能力、他们对颜色的感知可能会发生怎样的变化，则是另一个有趣的问题了。”
以螳螂虾为例。与其捕食者的身份相对的，是它有着12种窄峰值灵敏度和几乎没有重叠的光感受器，覆盖了从紫外线到临界红外线的范围。但没有人认为他们拥有了十二种色觉。“因为它们不会比较不同光感受器的信号，所以他们没有颜色区分的能力，”扎伊迪说。“它们的速度非常快，没有做任何光的组合，就直接付诸行动了。 但这告诉我们，拥有12种光色素并不能给我们12种颜色视觉。”因此，简单地给松鼠猴添加第三种光色素并不能给它们三种颜色视觉。
这足以表明在科学中，要回答的问题还有很多。 而伦理也是如此。目前有四到五个正在进行的针对人类色觉缺陷的基因疗法的I期和II期试验，但它们都是针对于一种更严重的色盲——全色盲，即完全缺乏功能性锥细胞受体。患有这种疾病的人看不到颜色，也看不到细节，而且对光有痛苦的感觉。这种疾病比红绿色盲更令人衰弱，研究记录也更好。
视觉学家和艺术家贝维尔·康威（Bevil Conway）说，尼兹夫妇在光感受器的分子遗传学方面做得很好，尼兹是一个“出色的，不拘一格的思考者”，但分子遗传学有其局限性。他说：“他们试图‘修复色盲’的实验是一个道德的灰色地带。从一个基础科学的角度来看，他们的基因疗法非常引人注目和有趣，但当你说‘我要治疗色盲’时，我认为你需要搞清楚自己正在做什么。”
实验的下一个阶段，就是让治疗起作用，并证明它没有副作用。要想申请美国食品和药物管理局（FDA）的审批，可能需要将目标定为治疗另一种蓝色视锥单色视觉，即同时缺失了红色和绿色椎体的疾病。 这种疾病在颜色和视力方面都有严重的损伤。
尼兹仍在继续试验，尽管他和莫林都没有发表任何关于动物被试的新数据。“我们已经尝试了五次了，但是它仍不起作用。曾经有那么一次，就快要成功了，” 他说，“我们尝试寻找能将这种疗法推及人类的方法。而这正是作为一名科学家要做的事情——从失败中前进。”
现在尼兹夫妇正准备进行进一步的实验，将从一只蒙古沙鼠身上获取的“真正的蓝色”光色素基因植入在他的猴子身上，给他们第四种感觉光。
尼兹笑着说：“我们训练猴子就等着做这个实验。我们开发了一种有四种不同颜色的电视机。”他说的是一个将利用四个RGBV像素代替原本三种RGB像素的显示器，V代表紫色(violet)。而且还是超高清晰度。
在这个显示器上看一场演出将十分酷炫了。毕竟，如果你认为量化地评估一个猴子是否获得了超过大多数猴子的视觉是很难的，想象一下你尝试去问这只猴子它究竟看到了什么颜色。科学家甚至都不知道怎样在其他人类身上做这件事情，更何况人类说的是人话。 而这就是你在研究人们的颜色视觉时将会学到的，“这就好像，‘噢，你看到的和我看到的东西不一样。你只是在说同样的话罢了。’”莫林说。
这一点化学家道尔顿早有体会了。不过问题是，道尔顿症的患者能有亲身体会新的颜色的一天吗？
编译：Leon；审校：狼顾CT，顾金涛；编辑：小葵花
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