“看”的学问，你了解多少

应浩江

“看” 似乎是一个简单的过程，只要睁开眼睛我们就能看到周围的世界。睁开眼睛，你可以看到川流不息的人海，你可以看到五彩斑斓的花朵，你可以看见车水马龙的大街。一切都是那么自然，不过你有没有思考过 “看” 是怎么完成的呢？我们是怎样把景色尽收眼底的呢？心理学家和认知神经科学家们其实在这个领域耕耘无数载，“看”的科学被他们称之为视觉研究。

眼睛是心灵的窗户

都说眼睛是心灵的窗户。其实科学家们也是这么觉得：研究眼睛里的视网膜正是研究视觉过程的窗户。从生物课本上，以及物理课上关于光学的部分中，你可能已经知道一些关于视觉的知识：视觉起始于眼睛底部的视网膜。在视网膜上有视杆和视锥两类光感受器，他们对于不同波长的光线敏感程度不同，于是我们能看到五彩斑斓的景象。事实的确如此，不过视网膜只不过是视觉的起点。光线会汇聚在眼睛底部的视网膜区域。

在这里，我们有两类光感受器：视杆细胞（柱状）以及视锥细胞（锥状）。有趣的是，视杆和视锥细胞其实分布在视网膜的最后。它们接收到光线之后，会把这部分能量转化为电信号向前面的神经节细胞传递。是不是有点像叶绿体把光转化为能量？按照神经科学以及人工智能的巨擘戴维·马尔（David Marr）所言：“视觉正是信息处理过程”，我们在 “看” 世界的时候，就是视觉信息在视觉处理脑区内被逐步分析解读的过程。让我们反思下戴维·马尔的洞察，视觉神经系统的每一层都是在做信息处理，比如光感受器就是把光信号转化为生物电信号。虽然整个视觉系统每一层的信号转换，以及方式方法不同，不过从抽象的角度看，它们都在做类似的事情。

视网膜里的光感受器

视网膜上成像最清晰的地方就是中央凹（foveal）了。在这里，只有视锥细胞。而且在视锥细胞之前没有任何神经元影响成像。因此光学干扰被压低到最小。但是为什么只有视锥细胞没有视杆细胞呢？这就是视网膜的有趣之处：视锥细胞接收到的清晰度更高。虽然每个眼球内视网膜上的光感受器有一亿多个，不过只有六百万个是视锥细胞，其余是视杆细胞。视锥细胞对于亮光敏感，也对色彩敏感。

我们看到的世界大多数是视锥细胞为我们提供的。视锥细胞大多出现在中央凹。它们基本与参与中继的神经节细胞一一对应，保证传递信息的精确。但是视杆细胞往往在中央凹之外，他们的成像也不够清晰，上百个视杆细胞才会与一个神经节细胞对应，这样能保证信息强度足够大（毕竟在模糊的情况下，传递的信息也很模糊，通過这样的“举手表决”可以加强信息的强度）。

我们能看到颜色，还得归功于视锥细胞。科学家把视锥细胞分为三类，根据他们所敏感的光线波长分为S（短波）、M（中波）和L（长波）三种。上图就是这三类细胞对于不同波长光的敏感程度。可见光正是一个光谱带，短波更加蓝，因此S型视锥细胞对于蓝色的光线更敏感。不过色彩知觉可远比这个复杂，还得涉及到细胞感受野的拮抗理论，还有视觉皮层的一些工作方式。学海无涯，哪怕简单的视觉也是如此复杂。

左脑与右脑的信息接收

视网膜接收到的信息会通过视神经向大脑皮层传去。熟悉生物的读者可能知道，我们的左右半脑其实处理的都是对侧的信息。

在这里我要给大家普及下更加正确的说法：在人类不同半脑的初级感觉皮层（视觉，听觉，触觉），的确是更倾向于接收对侧的信息，但是接受同侧信息的也有。

而在高级处理皮层对双侧信息都能加以处理。用更科学的术语来说，右眼能接收颞侧信息（在这里就是右边，靠近右太阳穴的那一侧的信息），也可以接收鼻侧信息（用右眼看鼻子是不是能看到左侧的信息？）。这两类信息会传递到另一侧，互换方向。总归左边方位（而不是左眼看到的一切）的信息输到右侧大脑，反之亦然。

经过传递与预处理，视网膜上的信息最终会抵达初级视觉皮层。也就是大脑的最后端枕叶区域。

从这里开始，大脑正式开始对视网膜接收到的信息进行处理。

复杂的视觉处理系统

从科学的角度来看，我们的大脑中拥有一套复杂的视觉系统，专门用来处理眼睛看到的信息。而这一套复杂的系统，几乎动员了整个大脑。

当我们眼睛上的视网膜（retina）接收到光线的时候，它会把看到的光线转化为电信号，通过神经元之间的信息传递，往大脑皮层而去。经过对外侧膝状体（LGN）的中继，视觉信息达到了大脑皮层。首先接收信息的就是初级视觉皮层（V1），它会分析所看见物体的大小、方向、边缘等信息。之后，视觉信息会被各个大脑区域逐步分析，比如下颞叶皮层（IT）会分析看到的东西是什么，而中颞区皮层（MT）会分析所看到东西的运动和位置信息。最终，我们的大脑会汇总看到的一切，解读出我们眼前的事物。一切正如巨擘戴维·马尔（David Marr）所言：“视觉正是信息处理过程。”

你看，简单的“看”就要调用我们大脑中几乎所有神经区域。所以“大脑没有完全被开发”之类是极其错误的话。真实情况下，光是“看”就让大脑“高度动员”了。视觉已经是神经科学中探索最为广泛与深刻的一部分，但它依旧迷雾重重。哪怕是聪明的科学家们都没有办法避免科研道路上的挑战。在2017年，视觉科学协会（Vision Science Society）年度大会上，来自明尼苏达大学的肯德里克·凯教授提到他的研究取向：“不要用我们自己的视觉系统来研究人类的视觉系统。” 简单说来，“看”这件事情太过轻松和简单，会让我们有时候低估了视觉的复杂性。

不过，视觉虽然是最为被研究的大脑功能，但是依旧有非常多的谜团存在。比如其具体的编码方式，比如神经区域间的合作原理。endprint