你的眼睛为何配置如此贫穷?

人类的视觉从邃密度、色彩感、立体感上看,至少在哺乳动物中似乎居于上流。然而,从硬件设置装备摆设上看,人眼就不克不及算高端了。好比我们的视锥细胞比例较低,意味着我们的切确目力和色彩感知并不如我们觉得的那样好。

人类其实是靠硬件巧妙地组合,加上节制、反馈系统提高机能。

人类的眼睛固然存在一些通用缺陷,但瑕不掩瑜,其精巧的机关和高效能,经常被拿来与高端镜头和摄像机做比力。不外,现实上人类眼睛的设置装备摆设堪称贫穷,加倍不成能有传说中几亿甚至几百亿像素的精度。

起首是贫穷的感光细胞。我们都知道视锥细胞负责颜色和细节,视杆细胞负责探知微弱光线。视觉够不敷邃密、色彩是否丰硕,本家儿要与视锥数目有关。但在人类的单只眼睛中,它们别离有6百万和1亿2500万个摆布。仅从数目上看,您会思疑人类其实是一种色觉低下的夜步履物。

人类的解决方案是,在接近视网膜中心成立了一个只有高密度视锥细胞存在的特别区域,其直径约1.55毫米,在视野中的规模大要是5度,也就半斤八两于伸直手臂后两个大拇指那么宽。

这被称为中心凹(fovea),也就是正常人 中间目力的地点。只有在这一小块区域,人们才能真正看清晰工具的细节以及丰硕的色彩。在更外围的视野中,视杆细胞占有着本家儿导地位,固然也能看见工具,但底子看不清。不外也不消担忧,因为神经系统会自行脑补,告诉您不要在意这些细节。

若是想看清稍大一点的工具,就要辛劳眼球本身动一动,在极短时候内用中间目力把方针扫描一遍。好在眼球跳视(saccade)的角速度高达每秒钟900度,响应时候只有20到200毫秒,定位更是异常精准,因而您几乎不会察觉到画面其实是依次拼贴起来的。

整个视网膜的设置装备摆设都透露出一股贫穷的气息,为了节流一点点资本化尽心血。可是这还不算完。

在视网膜上有一层神经节细胞,是它们的轴突形当作视觉神经纤维,最终传递了视觉信息。神经节的编制严重不足,平均一百多个感光细胞才能对应一个神经节,其旌旗灯号质量可想而知。

解决的法子仍是那个,优先供给中心凹,让这里的视锥细胞获得一对一传输的待遇。为了不影响独一无缺的目力区域,在中心凹最焦点的区域里,甚至不许可呈现血管,这里的细胞只能依靠视网膜别的一侧的脉络膜(Choroid)来获取氧气和葡萄糖。

至于其他处所,非论是视网膜内侧的血管影响透光性,仍是神经节密度太低影响旌旗灯号精度,都算不上问题。

当然,贫穷也能激发细胞的潜力。在感光细胞和神经节之间,还存在大量分歧类型的神经细胞。它们经由过程复杂的毗连体例,以及各自分歧的旌旗灯号激发模式(感知野),和神经节一路对原始的视觉旌旗灯号进行了批量预处置,从某种水平上削减了带宽不足的带来的信息丢掉问题。

加倍超卓的是,两只眼睛的神经纤维又各自分出一半,左眼左半侧和右眼左半侧前去大脑左侧,左眼右半侧和右眼右半侧前去大脑右侧,也就是所谓的视交叉。现实上,我们的左侧大脑负责右侧视野,右侧大脑负责左侧视野,刚好对换。

视交叉一方面让两侧大脑都可以同时获得两只眼睛的视觉信息,加强了我们的立体感。另一方面,又加强了手眼协调能力。因为非论需要节制哪只手,都可以就近获得同侧大脑的立体视觉协助,而不需要跨越半球通信。

可以说这个「设计」既经济又高效,大大缓解了大脑资本严重的问题;就和我们眼睛一样,在贫穷中透着一股聪明,表现着天然演化的精髓:

节流、凑活、够用,就这样吧。


参考资料:

Kimble, Daniel Porter. Biological psychology. Holt McDougal, 1988.

Kolb, Helga. "Simple anatomy of the retina by Helga Kolb." Webvision: The Organization of the Retina and Visual System (2011).

Larsson, Matz. "The optic chiasm: a turning point in the evolution of eye/hand coordination." Frontiers in zoology 10.1 (2013): 41.

Peichl, Leo. "Diversity of mammalian photoreceptor properties: adaptations to habitat and lifestyle?." The Anatomical Record Part A: Discoveries in Molecular, Cellular, and Evolutionary Biology: An Official Publication of the American Association of Anatomists 287.1 (2005): 1001-1012.

Zeki, Semir. A vision of the brain. Blackwell scientific publications, 1993.

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  • 发表于 2020-03-05 10:04
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