人類的視覺從邃密度、色彩感、立體感上看,至少在哺乳動物中似乎居于上流。然而,從硬件設置裝備擺設上看,人眼就不克不及算高端了。好比我們的視錐細胞比例較低,意味著我們的切確目力和色彩感知并不如我們覺得的那樣好。
人類其實是靠硬件巧妙地組合,加上節制、反饋系統提高機能。
人類的眼睛固然存在一些通用缺陷,但瑕不掩瑜,其精巧的機關和高效能,經常被拿來與高端鏡頭和攝像機做比力。不外,現實上人類眼睛的設置裝備擺設堪稱貧窮,加倍不成能有傳說中幾億甚至幾百億像素的精度。
起首是貧窮的感光細胞。我們都知道視錐細胞負責顏色和細節,視桿細胞負責探知微弱光線。視覺夠不敷邃密、色彩是否豐碩,本家兒要與視錐數目有關。但在人類的單只眼睛中,它們別離有6百萬和1億2500萬個擺布。僅從數目上看,您會思疑人類其實是一種色覺低下的夜步履物。
人類的解決方案是,在接近視網膜中心成立了一個只有高密度視錐細胞存在的特別區域,其直徑約1.55毫米,在視野中的規模大要是5度,也就半斤八兩于伸直手臂后兩個大拇指那么寬。
這被稱為中心凹(fovea),也就是正常人 中間目力的地點。只有在這一小塊區域,人們才能真正看清晰工具的細節以及豐碩的色彩。在更外圍的視野中,視桿細胞占有著本家兒導地位,固然也能看見工具,但底子看不清。不外也不消擔憂,因為神經系統會自行腦補,告訴您不要在意這些細節。
若是想看清稍大一點的工具,就要辛勞眼球本身動一動,在極短時候內用中間目力把方針掃描一遍。好在眼球跳視(saccade)的角速度高達每秒鐘900度,響應時候只有20到200毫秒,定位更是異常精準,因而您幾乎不會察覺到畫面其實是依次拼貼起來的。
整個視網膜的設置裝備擺設都透露出一股貧窮的氣息,為了節流一點點資本化盡心血。可是這還不算完。
在視網膜上有一層神經節細胞,是它們的軸突形當作視覺神經纖維,最終傳遞了視覺信息。神經節的編制嚴重不足,平均一百多個感光細胞才能對應一個神經節,其旌旗燈號質量可想而知。
解決的法子仍是那個,優先供給中心凹,讓這里的視錐細胞獲得一對一傳輸的待遇。為了不影響獨一無缺的目力區域,在中心凹最焦點的區域里,甚至不許可呈現血管,這里的細胞只能依靠視網膜別的一側的脈絡膜(Choroid)來獲取氧氣和葡萄糖。
至于其他處所,非論是視網膜內側的血管影響透光性,仍是神經節密度太低影響旌旗燈號精度,都算不上問題。
當然,貧窮也能激發細胞的潛力。在感光細胞和神經節之間,還存在大量分歧類型的神經細胞。它們經由過程復雜的毗連體例,以及各自分歧的旌旗燈號激發模式(感知野),和神經節一路對原始的視覺旌旗燈號進行了批量預處置,從某種水平上削減了帶寬不足的帶來的信息丟掉問題。
加倍超卓的是,兩只眼睛的神經纖維又各自分出一半,左眼左半側和右眼左半側前去大腦左側,左眼右半側和右眼右半側前去大腦右側,也就是所謂的視交叉。現實上,我們的左側大腦負責右側視野,右側大腦負責左側視野,剛好對換。
視交叉一方面讓兩側大腦都可以同時獲得兩只眼睛的視覺信息,加強了我們的立體感。另一方面,又加強了手眼協調能力。因為非論需要節制哪只手,都可以就近獲得同側大腦的立體視覺協助,而不需要跨越半球通信。
可以說這個「設計」既經濟又高效,大大緩解了大腦資本嚴重的問題;就和我們眼睛一樣,在貧窮中透著一股聰明,表現著天然演化的精髓:
節流、湊活、夠用,就這樣吧。
參考資料:
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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