“看”的學(xué)問，你了解多少

應(yīng)浩江

“看” 似乎是一個簡單的過程，只要睜開眼睛我們就能看到周圍的世界。睜開眼睛，你可以看到川流不息的人海，你可以看到五彩斑斕的花朵，你可以看見車水馬龍的大街。一切都是那么自然，不過你有沒有思考過 “看” 是怎么完成的呢？我們是怎樣把景色盡收眼底的呢？心理學(xué)家和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家們其實在這個領(lǐng)域耕耘無數(shù)載，“看”的科學(xué)被他們稱之為視覺研究。

眼睛是心靈的窗戶

都說眼睛是心靈的窗戶。其實科學(xué)家們也是這么覺得：研究眼睛里的視網(wǎng)膜正是研究視覺過程的窗戶。從生物課本上，以及物理課上關(guān)于光學(xué)的部分中，你可能已經(jīng)知道一些關(guān)于視覺的知識：視覺起始于眼睛底部的視網(wǎng)膜。在視網(wǎng)膜上有視桿和視錐兩類光感受器，他們對于不同波長的光線敏感程度不同，于是我們能看到五彩斑斕的景象。事實的確如此，不過視網(wǎng)膜只不過是視覺的起點。光線會匯聚在眼睛底部的視網(wǎng)膜區(qū)域。

在這里，我們有兩類光感受器：視桿細(xì)胞（柱狀）以及視錐細(xì)胞（錐狀）。有趣的是，視桿和視錐細(xì)胞其實分布在視網(wǎng)膜的最后。它們接收到光線之后，會把這部分能量轉(zhuǎn)化為電信號向前面的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞傳遞。是不是有點像葉綠體把光轉(zhuǎn)化為能量？按照神經(jīng)科學(xué)以及人工智能的巨擘戴維·馬爾（David Marr）所言：“視覺正是信息處理過程”，我們在 “看” 世界的時候，就是視覺信息在視覺處理腦區(qū)內(nèi)被逐步分析解讀的過程。讓我們反思下戴維·馬爾的洞察，視覺神經(jīng)系統(tǒng)的每一層都是在做信息處理，比如光感受器就是把光信號轉(zhuǎn)化為生物電信號。雖然整個視覺系統(tǒng)每一層的信號轉(zhuǎn)換，以及方式方法不同，不過從抽象的角度看，它們都在做類似的事情。

視網(wǎng)膜里的光感受器

視網(wǎng)膜上成像最清晰的地方就是中央凹（foveal）了。在這里，只有視錐細(xì)胞。而且在視錐細(xì)胞之前沒有任何神經(jīng)元影響成像。因此光學(xué)干擾被壓低到最小。但是為什么只有視錐細(xì)胞沒有視桿細(xì)胞呢？這就是視網(wǎng)膜的有趣之處：視錐細(xì)胞接收到的清晰度更高。雖然每個眼球內(nèi)視網(wǎng)膜上的光感受器有一億多個，不過只有六百萬個是視錐細(xì)胞，其余是視桿細(xì)胞。視錐細(xì)胞對于亮光敏感，也對色彩敏感。

我們看到的世界大多數(shù)是視錐細(xì)胞為我們提供的。視錐細(xì)胞大多出現(xiàn)在中央凹。它們基本與參與中繼的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞一一對應(yīng)，保證傳遞信息的精確。但是視桿細(xì)胞往往在中央凹之外，他們的成像也不夠清晰，上百個視桿細(xì)胞才會與一個神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對應(yīng)，這樣能保證信息強(qiáng)度足夠大（畢竟在模糊的情況下，傳遞的信息也很模糊，通過這樣的“舉手表決”可以加強(qiáng)信息的強(qiáng)度）。

我們能看到顏色，還得歸功于視錐細(xì)胞?？茖W(xué)家把視錐細(xì)胞分為三類，根據(jù)他們所敏感的光線波長分為S（短波）、M（中波）和L（長波）三種。上圖就是這三類細(xì)胞對于不同波長光的敏感程度?？梢姽庹且粋€光譜帶，短波更加藍(lán)，因此S型視錐細(xì)胞對于藍(lán)色的光線更敏感。不過色彩知覺可遠(yuǎn)比這個復(fù)雜，還得涉及到細(xì)胞感受野的拮抗理論，還有視覺皮層的一些工作方式。學(xué)海無涯，哪怕簡單的視覺也是如此復(fù)雜。

左腦與右腦的信息接收

視網(wǎng)膜接收到的信息會通過視神經(jīng)向大腦皮層傳去。熟悉生物的讀者可能知道，我們的左右半腦其實處理的都是對側(cè)的信息。

在這里我要給大家普及下更加正確的說法：在人類不同半腦的初級感覺皮層（視覺，聽覺，觸覺），的確是更傾向于接收對側(cè)的信息，但是接受同側(cè)信息的也有。

而在高級處理皮層對雙側(cè)信息都能加以處理。用更科學(xué)的術(shù)語來說，右眼能接收顳側(cè)信息（在這里就是右邊，靠近右太陽穴的那一側(cè)的信息），也可以接收鼻側(cè)信息（用右眼看鼻子是不是能看到左側(cè)的信息？）。這兩類信息會傳遞到另一側(cè)，互換方向?？倸w左邊方位（而不是左眼看到的一切）的信息輸?shù)接覀?cè)大腦，反之亦然。

經(jīng)過傳遞與預(yù)處理，視網(wǎng)膜上的信息最終會抵達(dá)初級視覺皮層。也就是大腦的最后端枕葉區(qū)域。

從這里開始，大腦正式開始對視網(wǎng)膜接收到的信息進(jìn)行處理。

復(fù)雜的視覺處理系統(tǒng)

從科學(xué)的角度來看，我們的大腦中擁有一套復(fù)雜的視覺系統(tǒng)，專門用來處理眼睛看到的信息。而這一套復(fù)雜的系統(tǒng)，幾乎動員了整個大腦。

當(dāng)我們眼睛上的視網(wǎng)膜（retina）接收到光線的時候，它會把看到的光線轉(zhuǎn)化為電信號，通過神經(jīng)元之間的信息傳遞，往大腦皮層而去。經(jīng)過對外側(cè)膝狀體（LGN）的中繼，視覺信息達(dá)到了大腦皮層。首先接收信息的就是初級視覺皮層（V1），它會分析所看見物體的大小、方向、邊緣等信息。之后，視覺信息會被各個大腦區(qū)域逐步分析，比如下顳葉皮層（IT）會分析看到的東西是什么，而中顳區(qū)皮層（MT）會分析所看到東西的運(yùn)動和位置信息。最終，我們的大腦會匯總看到的一切，解讀出我們眼前的事物。一切正如巨擘戴維·馬爾（David Marr）所言：“視覺正是信息處理過程?！?/p>

你看，簡單的“看”就要調(diào)用我們大腦中幾乎所有神經(jīng)區(qū)域。所以“大腦沒有完全被開發(fā)”之類是極其錯誤的話。真實情況下，光是“看”就讓大腦“高度動員”了。視覺已經(jīng)是神經(jīng)科學(xué)中探索最為廣泛與深刻的一部分，但它依舊迷霧重重。哪怕是聰明的科學(xué)家們都沒有辦法避免科研道路上的挑戰(zhàn)。在2017年，視覺科學(xué)協(xié)會（Vision Science Society）年度大會上，來自明尼蘇達(dá)大學(xué)的肯德里克·凱教授提到他的研究取向：“不要用我們自己的視覺系統(tǒng)來研究人類的視覺系統(tǒng)?！?簡單說來，“看”這件事情太過輕松和簡單，會讓我們有時候低估了視覺的復(fù)雜性。

不過，視覺雖然是最為被研究的大腦功能，但是依舊有非常多的謎團(tuán)存在。比如其具體的編碼方式，比如神經(jīng)區(qū)域間的合作原理。endprint