眼中體什么意思

1.“看”似乎是一個簡單的過程。只要我們睜開眼睛，就能看到周圍的世界。當(dāng)你睜開眼睛時(shí)，你可以看到無盡的人山人海，你可以看到五顏六色的鮮花，你可以看到繁忙的街道。一切都是那么自然，但你想過“看”是如何做到的嗎？我們怎樣才能清楚地看到風(fēng)景？心理學(xué)家和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家在這一領(lǐng)域已經(jīng)工作了無數(shù)年，“看見”的科學(xué)被他們稱為視覺研究。

2.所有的心理過程都有這種神經(jīng)科學(xué)的表現(xiàn)。當(dāng)我們眼睛的視網(wǎng)膜接收到光線時(shí)，它會將看到的光線轉(zhuǎn)換為電信號，這些電信號將通過神經(jīng)元之間的信息傳輸?shù)竭_(dá)大腦皮層。視覺信息經(jīng)過外側(cè)膝狀體（LGN）傳遞后到達(dá)大腦皮層。首先接收信息的是初級視覺皮層（V1），它將分析所看到的物體的大小、方向、邊緣和其他信息。之后，視覺信息會逐漸被各個腦區(qū)分析。例如，下顳葉皮層（IT）將分析它看到的東西，而中顳葉皮層（MT）將分析它看到的東西的運(yùn)動和位置信息。最終，我們的大腦會總結(jié)我們看到的東西，并解釋我們面前的東西。根據(jù)神經(jīng)科學(xué)和人工智能的巨人大衛(wèi)·馬爾的說法，“視覺是信息處理的過程”。當(dāng)我們“看見”世界時(shí)，是視覺信息在視覺處理腦區(qū)中逐漸被分析和解釋的過程。

3.圖一。這張圖片是我們視覺系統(tǒng)的簡化圖。它的結(jié)構(gòu)已經(jīng)很復(fù)雜了。

4.用低視眼研究視網(wǎng)膜是研究視覺過程的“窗口”。視覺始于眼睛底部的視網(wǎng)膜。視網(wǎng)膜上有兩種光感受器:桿狀和錐狀。它們對不同波長的光很敏感，所以我們可以看到豐富多彩的場景。的確如此，但視網(wǎng)膜只是視覺的起點(diǎn)。光線將集中在眼睛底部的視網(wǎng)膜區(qū)域。這里，我們有兩種類型的光感受器:桿狀細(xì)胞（柱狀細(xì)胞）和錐形細(xì)胞（錐體細(xì)胞）。有趣的是，視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞實(shí)際上分布在視網(wǎng)膜的末端。它們接收到光線后，會將這種能量轉(zhuǎn)化為電信號，并傳輸?shù)角懊娴纳窠?jīng)節(jié)細(xì)胞。這是不是有點(diǎn)像葉綠體將光轉(zhuǎn)化為能量？讓我們反思大衛(wèi)·馬爾的見解:視覺神經(jīng)系統(tǒng)的每一層都在進(jìn)行信息處理。例如，光感受器將光信號轉(zhuǎn)換為生物電信號。雖然整個視覺系統(tǒng)各層的信號轉(zhuǎn)換和方法不同，但從抽象的角度來看，它們都在做類似的事情。

5.有一個很好的解釋為什么感受光的神經(jīng)元排列在視網(wǎng)膜的末端。因?yàn)檠劬χ械母鞣N半透明結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致光在傳輸過程中發(fā)生反射、折射和衍射。半透明結(jié)構(gòu)越多，越容易導(dǎo)致圖像模糊。最后幾層的光感受器可以有效地減少各種光學(xué)干擾。但當(dāng)然，排列在光感受器前面的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞等神經(jīng)元也會影響對光的接受。

6.視網(wǎng)膜上最清晰的圖像是視網(wǎng)膜中央凹。在這里，只有圓錐體。而且，視錐細(xì)胞之前沒有影響成像的神經(jīng)元。因此，光學(xué)干擾被抑制到最小。但是為什么只有視錐細(xì)胞而沒有視桿細(xì)胞呢？這是關(guān)于視網(wǎng)膜的有趣之處:視錐細(xì)胞接收到更高的清晰度。雖然每個眼球的視網(wǎng)膜中有超過1億個光感受器，但只有600萬個是視錐細(xì)胞，其余的是視桿細(xì)胞。視錐細(xì)胞對光和顏色敏感。我們看到的世界大部分是由視錐細(xì)胞提供的。視錐細(xì)胞大多出現(xiàn)在視網(wǎng)膜中央凹。它們基本上對應(yīng)著參與中繼的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，保證了信息傳遞的準(zhǔn)確性。然而，視桿細(xì)胞通常位于視網(wǎng)膜中央凹之外，其成像不夠清晰。數(shù)百個桿狀細(xì)胞將對應(yīng)一個神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，這可以確保信息強(qiáng)度足夠大（畢竟在模糊的情況下，傳遞的信息也非常模糊，可以通過這樣的“舉手表決”來增強(qiáng)信息強(qiáng)度）。

7.我們能看到顏色的原因是視錐細(xì)胞。科學(xué)家根據(jù)視錐細(xì)胞對光的波長敏感將視錐細(xì)胞分為三種類型，即S（短波）、M（中波）和L（長波）。下圖顯示了這三種類型的細(xì)胞對不同波長光的敏感度。可見光是一個光譜帶，短波更藍(lán)，所以S形視錐細(xì)胞對藍(lán)光更敏感。然而，顏色感知遠(yuǎn)比這復(fù)雜得多，它還涉及細(xì)胞感受野的拮抗理論和視覺皮層的一些工作方法。學(xué)無止境，連簡單的視覺都如此復(fù)雜。

8.視網(wǎng)膜接收到的信息會通過視神經(jīng)傳遞到大腦皮層。我們的左右半球?qū)嶋H上處理來自相反一側(cè)的信息。這里我得普及一個更正確的說法:在不同半球的初級感覺皮層（視覺、聽覺和觸覺）中，確實(shí)更傾向于接收對側(cè)信息，但也有同側(cè)信息；在高級處理皮層中，信息的兩邊都被處理。用更科學(xué)的術(shù)語來說，讓我們看看右眼，它可以接收顳信息（在這種情況下，右側(cè)靠近太陽穴的信息）和鼻信息（用右眼看鼻子可以看到左側(cè)的信息嗎？)。這兩種信息將在視覺交叉點(diǎn)上形成交集。左邊的信息總是傳到右腦，反之亦然。經(jīng)過傳輸和預(yù)處理后，視網(wǎng)膜上的信息最終將到達(dá)初級視覺皮層。也就是大腦的最后一個枕葉區(qū)域。從這里開始，大腦正式開始處理視網(wǎng)膜接收到的信息。

9.初級視覺皮層（V1）最先接收信息。這里的神經(jīng)元可以從視網(wǎng)膜提供的信號中恢復(fù)顏色信息、方向信息和邊緣信息。根據(jù)倫敦大學(xué)學(xué)院的李兆平教授的說法，初級視覺皮層提供了“看”的特征地圖。然而，初級視覺皮層，顧名思義，仍然非常初級。在此之后，V2皮層將線性和非線性地轉(zhuǎn)置初級視覺皮層的信息（根據(jù)Freeman團(tuán)隊(duì)和Nature 2013年的研究結(jié)果），從而恢復(fù)更復(fù)雜的信息:物質(zhì)信息。之后，視覺信息兵分兩路。其中，關(guān)于運(yùn)動、位置和方向的信息更多地到達(dá)中顳葉皮層（MT）以到達(dá)頂葉。這被稱為背側(cè)通道（圖中的綠色部分）。視覺信息的內(nèi)容（例如這是什么車，這是什么樹）將傳輸?shù)絭4皮層，并最終到達(dá)下顳葉皮層（IT）。叫做腹側(cè)通路（圖中紫色部分）。

10.背側(cè)通路和腹側(cè)通路分裂的假說應(yīng)該由著名科學(xué)家萊斯利·昂格萊德（Leslie Ungerleider）提起。她通過破壞獼猴的部分大腦區(qū)域發(fā)現(xiàn)這兩種途徑具有不同的功能。腹部受傷后，獼猴無法判斷兩種模式是否一致；但是在背部受傷后，獼猴無法判斷特定的圖案是在左側(cè)還是右側(cè)。

11.在腹側(cè)和背側(cè)通路上，視覺處理非常復(fù)雜。如果初級視覺皮層中神經(jīng)元的處理可以用數(shù)學(xué)公式描述，那么腹側(cè)通路中下顳葉皮層的活動就無法用數(shù)學(xué)模型來表達(dá)。這種數(shù)學(xué)描述就是所謂的計(jì)算視覺:就像物理學(xué)一樣，數(shù)學(xué)模型被用來解釋復(fù)雜的處理過程。因此，上世紀(jì)六七十年代，當(dāng)以兩位諾貝爾獎獲得者胡貝爾和維塞爾為代表的生理學(xué)家搞清楚初級視覺皮層的功能時(shí)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)模擬人腦的科學(xué)家們指日可待。然而，我們尚未能完整地描述腹側(cè)通路，因此可以說前路漫漫。

12.視覺一直是神經(jīng)科學(xué)中最廣泛和最深刻的部分，但它仍然充滿了迷霧。即使是聰明的科學(xué)家也無法避免科研道路上的挑戰(zhàn)。2017年，在視覺科學(xué)學(xué)會的年度大會上，來自明尼蘇達(dá)大學(xué)的肯德里克·凱教授提到了他的研究方向:“不要用我們自己的視覺系統(tǒng)來研究人類的視覺系統(tǒng)。”簡單地說，“看見”是如此容易和簡單，以至于我們有時(shí)低估了視覺的復(fù)雜性。

13.這是《知識就是力量》雜志上的一篇稿件。視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識介紹比較簡單，所以我放上來。