文圖/應(yīng)浩江（南洋理工大學(xué)）

本文節(jié)選自《知識(shí)就是力量》雜志

“看” 似乎是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程,，只要睜開(kāi)眼睛我們就能看到周?chē)氖澜纭１犻_(kāi)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(jiàn)車(chē)水馬龍的大街,。

一切都是那么自然,，不過(guò)你有沒(méi)有思考過(guò)， “看” 是怎么完成的呢,？我們是怎樣把景色盡收眼底的呢,？

視覺(jué)處理系統(tǒng)

01

眼睛是心靈的窗戶

都說(shuō)眼睛是心靈的窗戶,。其實(shí)科學(xué)家們也是這么覺(jué)得：研究眼睛里的視網(wǎng)膜正是研究視覺(jué)過(guò)程的窗戶。

視覺(jué)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(lèi)光感受器,，它們對(duì)于不同波長(zhǎng)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(shí)的確如此，不過(guò)視網(wǎng)膜只不過(guò)是視覺(jué)的起點(diǎn),。光線會(huì)匯聚在眼睛底部的視網(wǎng)膜區(qū)域,。

在這里,，我們有兩類(lèi)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(shí)分布在視網(wǎng)膜的最后,。它們接收到光線之后，會(huì)把這部分能量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)向前面的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞傳遞,。

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(jué)正是信息處理過(guò)程”,，我們?cè)?“看” 世界的時(shí)候,，就是視覺(jué)信息在視覺(jué)處理腦區(qū)內(nèi)被逐步分析解讀的過(guò)程,。

02

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(méi)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(méi)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(gè)眼球內(nèi)視網(wǎng)膜上的光感受器有一億多個(gè),，不過(guò)只有六百萬(wàn)個(gè)是視錐細(xì)胞，其余是視桿細(xì)胞,。視錐細(xì)胞對(duì)于亮光敏感,，也對(duì)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(duì)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(gè)視桿細(xì)胞才會(huì)與一個(gè)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)應(yīng),，這樣能保證信息強(qiáng)度足夠大,。

三類(lèi)視錐細(xì)胞對(duì)于不同波長(zhǎng)光的敏感程度

我們能看到顏色,，還得歸功于視錐細(xì)胞。科學(xué)家把視錐細(xì)胞分為三類(lèi),，根據(jù)他們所敏感的光線波長(zhǎng)分為S（短波）,、M（中波）和L（長(zhǎng)波）三種。上圖就是這三類(lèi)細(xì)胞對(duì)于不同波長(zhǎng)光的敏感程度,?？梢?jiàn)光正是一個(gè)光譜帶，短波更加藍(lán),，因此S型視錐細(xì)胞對(duì)于藍(lán)色的光線更敏感,。不過(guò)色彩知覺(jué)可遠(yuǎn)比這個(gè)復(fù)雜，還得涉及到細(xì)胞感受野的拮抗理論,，還有視覺(jué)皮層的一些工作方式,。學(xué)海無(wú)涯，哪怕簡(jiǎn)單的視覺(jué)也是如此復(fù)雜,。

神經(jīng)元

03

左腦與右腦的信息接收

視網(wǎng)膜接收到的信息會(huì)通過(guò)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(shí)處理的都是對(duì)側(cè)的信息,。

在這里我要給大家普及下更加正確的說(shuō)法：在人類(lèi)不同半腦的初級(jí)感覺(jué)皮層（視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué),，觸覺(jué)）,，的確是更傾向于接收對(duì)側(cè)的信息，但是接受同側(cè)信息的也有,。

而在高級(jí)處理皮層對(duì)雙側(cè)信息都能加以處理,。用更科學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，右眼能接收顳側(cè)信息（在這里就是右邊,，靠近右太陽(yáng)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(lèi)信息會(huì)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(guò)傳遞與預(yù)處理,，視網(wǎng)膜上的信息最終會(huì)抵達(dá)初級(jí)視覺(jué)皮層,。也就是大腦的最后端枕葉區(qū)域。從這里開(kāi)始,，大腦正式開(kāi)始對(duì)視網(wǎng)膜接收到的信息進(jìn)行處理,。

眼部結(jié)構(gòu)

04

復(fù)雜的視覺(jué)處理系統(tǒng)

從科學(xué)的角度來(lái)看,，我們的大腦中擁有一套復(fù)雜的視覺(jué)系統(tǒng)，專(zhuān)門(mén)用來(lái)處理眼睛看到的信息,。而這一套復(fù)雜的系統(tǒng),，幾乎動(dòng)員了整個(gè)大腦。

當(dāng)我們眼睛上的視網(wǎng)膜（retina）接收到光線的時(shí)候,，它會(huì)把看到的光線轉(zhuǎn)化為電信號(hào),，通過(guò)神經(jīng)元之間的信息傳遞，往大腦皮層而去,。經(jīng)過(guò)對(duì)外側(cè)膝狀體（LGN）的中繼,，視覺(jué)信息達(dá)到了大腦皮層。首先接收信息的就是初級(jí)視覺(jué)皮層（V1），它會(huì)分析所看見(jiàn)物體的大小,、方向,、邊緣等信息。之后,，視覺(jué)信息會(huì)被各個(gè)大腦區(qū)域逐步分析，比如下顳葉皮層（IT）會(huì)分析看到的東西是什么,，而中顳區(qū)皮層（MT）會(huì)分析所看到東西的運(yùn)動(dòng)和位置信息,。最終，我們的大腦會(huì)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(jué)正是信息處理過(guò)程?！?/p>

視覺(jué)通路簡(jiǎn)化圖,，其結(jié)構(gòu)以及非常復(fù)雜

你看,，其實(shí)簡(jiǎn)單的“看”就要調(diào)用我們大腦中幾乎所有神經(jīng)區(qū)域，但“看”這件事太過(guò)于輕松和簡(jiǎn)單,，會(huì)讓我們有時(shí)低估了視覺(jué)的復(fù)雜性,。