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视觉传输:从视细胞到视皮层

《科学世界》  发表于 2018年05月08日

视网膜上的细胞决定了眼睛的分辨率,这些细胞使得我们拥有了辨别明暗的形态视觉和捕捉动作的动态视觉。

视网膜是在眼球最内侧,像一层贴纸,由3种以上的细胞构成。进入眼睛的光射到视网膜上以后,大部分会通过视网膜并被其最深处的视细胞所感知到。视细胞有名为“外节”的长条状的部分,上面有着能够吸收光的物质(视觉色素)。

 

不同细胞分别负责观察明与暗、中央与周围

恐怕很多人都曾经历过这样的情况:刚刚从明亮的地方进入黑暗的环境中时,眼前只有一片漆黑,过一段时间后才能渐渐看清黑暗中的物体。其实在这个过程中,视网膜是在切换工作的视细胞。视细胞分为视锥细胞和视杆细胞两种,视锥细胞在明亮的场合下工作,而视杆细胞则在观察昏暗的场所时工作。因为视杆细胞上存在有大量能够吸收光的物质,这些物质在吸收光以后能够长时间地活动,所以即便是较弱的光也能够感知到。

当你在阅读这篇文章时,肯定会发现这些文字处于你的视野的中央,而两边则是模糊一片。在视野中央所对应范围的视网膜(即中心窝)上,仅视锥细胞每平方毫米就有18万个,这些细胞能够将接收到的信号全部传输给大脑,因此,视野中央的图像有着很高的分辨率。

而另一方面,余光所对应的是视网膜中心窝的周围,这里几乎没有视锥细胞(约600万个),全都是视杆细胞(约1.2亿个)。但是很多的细胞作为一个单元才能工作,所以我们仅能看到模糊不清的图像。顺带一提,余光所看到的图像虽然模糊不清,但是相对地,对于运动的物体却十分敏感。

 

大脑让你看见“看不到的东西”

形成于视网膜上的像的信息会通过视神经传递到位于脑后的初级视觉皮层。实际上,仅靠视网膜的构造是无法完全解释视觉机制的,盲点填充这一现象就可以证明这一点。

我们将视神经从眼球中突出的圆形部分称为视神经乳头。视神经乳头所对应的视野中会有一部分盲区,其原因在于视神经乳头上不存在视细胞,所以无法感知到光。

因为一只眼上的盲点会被另一只眼的视野所覆盖,所以我们在用双眼观察时,不会意识到盲点的存在。但是当我们闭上一只眼睛时,视野中也并不存在空洞,在盲点的部分,我们所看到的是其周围的颜色及纹路。这就是视网膜的填充。既然盲点的部分无法捕捉到光,为何我们的视野中不会有空洞呢?

 

在大脑中,盲点被其周围的信息所“填补”

大脑中的初级视觉皮层上有着和视网膜相对应的分区,同时也有和盲点所对应的区域。这片区域会收到从盲点周围的视网膜上送来的信息,并以此来填充本应成为盲点的那部分视野。这从与盲点相对应的初级视觉皮层上的细胞也在活动就可以看出来。

更何况原本形成于我们视网膜的像与用放大镜从远处看东西一样,是上下、左右颠倒的。如果我们感知到的与视网膜上的像一样的话,世界在我们的眼中将是翻转的,然而事实上并非如此。毕竟视觉中枢是存在于我们大脑里的,眼睛终究不过是它的“驻外机构”罢了。

 

(本文发表于《科学世界》20162期)


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