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科学家:视网膜上的“电影工厂”超乎想象
作者: 2007-06-18 14:57:00 来源:新华网
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    人们曾认为,光线投射到了人的视网膜上,我们就看见了东西。但科学家却发现,视网膜处理的信息量比我们想象的要大得多,处理过程也要复杂得多,因为这些信息不是静态的图片,而是一部部连续播放的“电影”。

    人类有着非同一般的视觉能力,但我们对此早已习以为常,很少会有人会想一想:我们究竟是怎样看见东西的?几十年来,科学家们习惯于把我们的视觉处理系统比作“摄像机”:眼睛的晶状体把入射光聚焦在视网膜上的一组光感受器上,在这里将光子转化为电信号,然后沿着视神经输送到大脑,在那里接受处理和加工。

    但在最近的研究中,我们发现这样的比喻还不贴切。实际上,视网膜会对视觉信息做大量预处理工作,而后才把一系列尚未完成的影像传输给大脑,以解读这些视觉信息的内容。

    在视网膜深处有一群特殊的神经细胞,它们会将一个视觉画面,分割成12条类似于影轨(movie track)的东西,每条影轨都收录了一幅粗略的影像,描绘外界景观的某一个抽象特征。视网膜会不断更新这些影像,并源源不断地传送给大脑。例如,一条影轨的内容,是一幅勾勒物体轮廓的“素描画”,另一条影轨携带的信息,则与物体的运动方向有关,还有的影轨负责收集光线、阴影等信息,有些影轨传输的信息目前难以归类。

    视觉细胞的“交流与合作”

    视网膜的结构不仅复杂且极精细,其中包含了多种视觉细胞,正是这些细胞间的“交流与合作”,我们才能看见精彩的世界。

    视网膜复杂的结构成就了它的惊人能力。早在一个世纪前,西班牙解剖学家桑迪亚哥·拉蒙·y·卡哈尔首次提出了视网膜通路的经典模型。此后,这一模型不仅被各种教科书反复引用,许多科学家还通过艰辛试验,不断为它补充生理学细节。视网膜是透明的,由一层层神经元构成。离晶状体最远的一层是视锥和视杆细胞,它们吸收入射光线,将光线转换为神经细胞的活动。与视锥和视杆细胞相连的,是10种不同的神经细胞——双极细胞,这些神经细胞有一条专门传输信号的“手臂”(轴突),能伸进中央的“内网状层”。网状层看上去又分成了相互平行的10层。每种双极细胞的轴突只向其中的少数几层传输信号。

    在网状层的最内侧,有12种不同的神经节细胞。大多数种类的神经节细胞的“手指”(树突)会伸进不同细胞层,在那里接收来自双极细胞的兴奋性信号。神经节细胞输出的影像,由视神经传送到大脑不同区域进行分析。有些神经节树突的分支会广泛延伸,到处散播信息,还有些分支只会在小范围内延伸,传送高分辨率的信息;有些会对双极细胞释放神经递质(信号分子)的频率增高做出反应,而有些则会对这一频率的降低做出反应。

    不过,双极细胞传送给每一层神经节细胞的信息,都不足以拼凑成12幅影像。这些信号受到多种小型神经细胞——无长突细胞的调控。一些无长突细胞在一个细胞层内起横向作用,阻止该层中相隔较远的双极细胞进行信息交流。另一些无长突细胞在细胞层之间,纵向抑制信息交流,这样就避免了不同影像的相互干扰,使每一层细胞专注于自己的任务,以免发生交叉记录信息的情况。

    我们看到的每一样东西,都随着时间推移而被视觉系统记录下来。即使是三维空间里的一个静止不动的黑点,也会在我们的视网膜里形成一部“电影”,因为视网膜在连续地观察这个黑点。但和电影院里的不同,神经节细胞里的影像不是一帧一帧地拍出来的,而是连续的信号流。

    当我们阅读、找东西、辨认面孔和四处走动时,不同的影像组合是大脑惟一能获得的视觉信息。它们形成了基本的“视觉语言”。

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编辑: 小敏
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