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为了看得更清,你每天要经历几万次短暂失明

时间:2022-02-22 11:46:50 | 来源:环球科学
图片来源:pixabay图片来源:pixabay

人类的眼睛十分好动。哪怕再专注地凝视,也不可能让眼球一动不动。它们总是在轻微地转动,而我们几乎毫无察觉。如今科学家发现,这样的动作还有意想不到的效果……

从主观感受来说,当我们盯着某个东西的时候,通常会觉得自己的眼睛完全没有转动。但事实上,眼睛几乎一直在动,只是人类自己很难意识到而已。

换句话说,人类永远没办法完全把视线固定在一处,就算努力让眼睛不要动,它们还是会有细小的动作,调整我们看到的画面。这样的眼动又被称作“微眼跳”(microsaccade),平均每秒一两次,一天大概也有几万次了。

十多年前曾经有研究表明,看到一张静态图,却感觉里面的圆圈在转,就是托微眼跳的福。

图片来源:Akiyoshi Kitaoka图片来源:Akiyoshi Kitaoka

而现在,科学家发现微眼跳不仅能带来有趣的视错觉,还能让人们看得更清楚。只是,在我们的视力增强之前,需要先经历一段短暂的“失明”。

研究团队把这项成果发表在了《美国科学院院刊》(PNAS)上。

眼睛靠什么看细节?

人类的眼睛里,有大片的视网膜来收集信息,但其中只有一个非常小的区域,负责提供高分辨率的视觉,帮我们看到事物的细节。

这个区域在视网膜黄斑上,叫黄斑中心小凹(foveola),是一处凹陷的结构,直径只有0.35毫米左右。虽然地方不大,但聚集着大量的视锥细胞,比视网膜其他区域的视锥细胞分布都要密集。

上图,黑框内的椭圆为黄斑,直径5.5毫米左右,黄斑中心小凹只是其中一个很小的区域,直径0.35毫米左右;下图,黄斑中心小凹为最内层紫色圆圈,往外一层紫色圆圈为中央凹,直径1.5毫米左右(图片来源:VMR Institute & Jenny R Holzer)

视锥细胞,是眼睛用来分辨不同颜色的感光细胞。每个视锥细胞和视神经之间都有单独的连接,很容易区分哪个刺激从哪里来,所以视锥细胞的视觉敏锐度(visual acuity)相当强。那么,坐拥大量视锥细胞的黄斑中心小凹,便有足够的敏锐度,帮我们分辨出一些物体的细部结构。

比如,想要看清远处的路标,或者从人群里锁定一个人,我们就要依赖黄斑中心小凹提供的细节,把对应位置的“画质”变高清。

但也因为这个凹陷的区域太小,人类需要不断地移动视线,才能让黄斑中心小凹看到事物的全貌(就像把望远镜转向不同角度,能看到不同风景)。就算我们盯住一个物体,以为眼球没在转,其实也在不断地转移视线,只是幅度小到难以察觉。

图片来源:pixabay图片来源:pixabay

不过,这样的微眼跳并不是人的自主行为,而是无意识的动作。但现在有科学家发现,如此轻微的眼动之中,包含着一个“短暂失明”的过程,在那之后眼睛便能看得更清楚。

他们观察的对象,就是黄斑中心小凹,一个连视网膜面积的0.01%都占不到的小区域。

短暂失明是人类的日常

研究团队设计了一项测试。接受测试的人类,要盯着屏幕里的一块“动物皮革”,找到上面的“跳蚤”。皮革上有许多黑点,当一个黑点突然变白(维持0.01秒),那就是跳蚤在跳。此时,受试者便要按下手柄上的按钮来抓跳蚤。

白色点出现,就是跳蚤跳起(图片来源:原论文)白色点出现,就是跳蚤跳起(图片来源:原论文)

这是考验视觉敏锐度的任务,人们会频繁地用到微眼跳,也就是无意识地转移视线。与此同时,有一台高精度扫描设备,观察着人类眼中的黄斑中心小凹,确定微眼跳发生在什么时间。然后,科学家把微眼跳发生的时间,和人们抓跳蚤的成绩放在一起,就可以知道微眼跳对人的视力有没有影响。

团队分析数据后发现,转移视线之前和之后,受试者都无法立即看到“跳蚤”。哪怕那一刻他们的目光正对着“跳蚤”,也看不到它。换句话说,微眼跳很可能让视觉受到了抑制。

数据还显示,在短暂的视觉丧失后,人们视野中央的视力迅速恢复到了先前的水平,然后继续改善。总体看来,微眼跳发生后,视力比视线转移前(暂时)有所提升。

其实,眼跳(saccade,又叫扫视)发生时人的视觉灵敏性(visual sensitivity)会下降,这个现象科学家们从前已经了解,并把它称作眼跳抑制(saccadic suppression)。不过,当初人们大多是在研究有意识的视线转移,让目光从一边扫到另一边,动作幅度更大。

较大幅度的眼跳(图片来源:gifwave)较大幅度的眼跳(图片来源:gifwave)

而新的研究借助高分辨率的仪器证明了,快速且无意识的微眼跳也能短暂禁用人的视觉,随后还能让视力获得短暂的增强。

至于视觉为什么会受到抑制,科学家还没有完全弄清。不过他们推测,这可能是我们在眼神游移不定的时候,依然保持画面稳定的一种方法。假如我们的视觉不被抑制,在视线转移过程中一直都能看到,那眼里的画面可能也会跟着动荡。

也不是永远感受不到

而现实是,当我们凝视着一个物体,眼里的画面并没有什么变化,那怎样才能感受到微眼跳的存在?

只要像开头提到的那样,用一个视错觉小实验,就能让微眼跳显现出来。这是科学家在2008年的一项研究中发现的事。

图片来源:Isia Leviant图片来源:Isia Leviant

研究人员是怎么知道,看到静态图中旋转的圆圈,是微眼跳的功劳?

微眼跳的频率会自然变化,有时快有时慢。科学家让受试者们观察一些视错觉图片,就是能从静态中看出动态的那种。当图中的圆圈转动变慢或停止的时候,受试者要按下按钮,而快速转动时则松开按钮。

测试过程当中,摄影机以每秒500次的帧率,记录下受试者的眼动情况。结果发现,当微眼跳发生的频次更快时,这种视错觉就变得更加明显;当微眼跳发生的频次下降,甚至停歇,视错觉也消失了。

把按下按钮所需的反应时间考虑在内,结果显示,当微眼跳以更快的速度发生时,这种错觉就变得更加明显;当速度减慢到停止时,这种视错觉也消失了。于是科学家相信,人类会从静态图中看到动态,就是微眼跳造成的。

此前学界一直在争论,把静态看成动态的视错觉,这个现象究竟是源自眼睛还是大脑。而这项研究证明了是眼睛的功劳。

不过,十多年后的今天,科学家们对微眼跳依然知之甚少。就连发表新成果的科学家们,也期待未来的研究,能解开微眼跳背后更多的谜题。

原论文:

https://www.pnas.org/content/118/37/e2101259118

参考链接:

https://www.rochester.edu/newscenter/brief-period-of-blindness-is-essential-for-vision-503232/

https://www.pnas.org/content/105/41/16033

https://www.cell.com/trends/neurosciences/fulltext/S0166-2236(00)01685-4

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5859063/

https://www.newscientist.com/article/dn14788-shifty-eye-movements-behind-famous-optical-illusion/

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撰文 | 栗子

审校 | 二七

微信编辑 | 阿什么爽

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