你的眼睛一天内经历几万次“失明”,只是为了让你看清世界

量子位·2022-01-17 16:06
想要做人造眼睛的难度又提升了不少。

你知道吗,你的眼睛每天都在经历“失明”,还是一天几万次的那种!

先别急着拍板砖。

虽然你不曾察觉,但最新研究已经证明:

当你盯着一个东西想要看清楚时,视力反而会先受到抑制,完全无法注意到移动的物体。

这项研究来自罗切斯特大学,已经刊登在PNAS上。

具体而言,研究指出:

我们的眼睛每天会高频产生一种叫“微眼动”的行为,这种行为伴随短暂的视觉抑制,期间我们基本等同于“失明”。

但在这之后,视力就会迅速恢复、并持续改善,整体视力还能得到短暂增强。

这到底是怎么一回事?

什么是微眼动?

我们盯着一个物体时,眼睛似乎是不动的。

但其实,眼睛无时无刻都在做微小的振动,称为“微眼动”(microsaccades)。

微眼动并不受主观意愿控制,即便凝视某个点时,它也依然存在:

这个频率保持着每秒一两次,每天算下来能达到几万次。

要想察觉到自己存在微眼动,可以试试盯着下面这张图像,会发现它们看起来像是动的:

别小看这些轻微的振动,它们让我们能更加清晰地看见物体的细节

这是因为我们的眼睛虽然依靠视网膜收集视觉信息,但在视网膜中央,只有一个非常小的区域能收集到高分辨率的信息。

这个区域在视网膜黄斑上,是一个小凹(foveola),比其他视网膜区域具有更多感光细胞,也就拥有更高的视觉灵敏度,能分辨出更多物体细节。

它的面积很小,因此眼睛要想完整看清楚整个事物的细节,就必须轻微挪动视线,让小凹位置的感光细胞接触更多刺激,于是就有了微眼动。

所以,微眼动怎么又跟“失明”扯上关系了呢?

大幅眼动会发生短暂“失明”

这还得先说回我们正常的眼动行为,也就是较大幅度地移动视线。

类似这样

在之前的研究中,科学家们已经发现,大范围的眼动会导致我们暂时“失明”。

在我们能意识到的视觉范围内,如果视线突然发生转移,例如在两个电脑屏幕之间来回看,视觉能力就会在转换期间突然降低。

这种短暂性视觉抑制的现象,被称为扫视抑制 (saccadic suppression)。

为什么人类需要扫视抑制?

上面提到,平时我们看高分辨率的东西,是通过微眼动不断刷新感光细胞接触到的视觉刺激,来避免产生神经适应性 (例如图中的“+”号并持续十几秒,会发现彩色渐渐消失):

图源维基百科Troxler’s fading

但是,太多的视觉刺激也不好。

尤其是在快速移动视线时,如果眼睛不屏蔽大量视觉信息,我们的大脑神经就会接收到过量刺激,造成眩晕感,出现像在高分辨率游戏中感受到的“晕3D”现象。

眩晕感类似游戏中的“晕3D”

所以,在大幅度眼动时,眼睛就需要通过扫视抑制,屏蔽大量视线移动产生的信息,避免我们产生眩晕感。

这个过程中,眼睛会出现扫视抑制现象,也就是短暂地发生“失明”。

不过,之前的研究还停留在眼动与扫视抑制现象的研究。

科学家们并不知道,微眼动本身是否也会发生扫视抑制,以及这是否会影响黄斑的能见度。

受设备精度所限,此前科学家们没有进行微眼动的相关实验。

微眼动也会产生视觉抑制

但现在,来自罗切斯特大学的一个研究团队搞到了高精度而实验设备,开始探究微眼动对视力的影响。

研究人员在一块高帧率屏幕上进行了一场“捉跳蚤”的游戏。他们找来了8名测试者,在画面中寻找30个电子“跳蚤”的跳动。

其中,“跳蚤”就是图片上的黑点,每个黑点占据的视角为5分(1/12度),当黑点变白的时候,就代表着这个“跳蚤”跳起。

实验流程具体如下,其中黄色X是视线中心,青色线条是眼动:

测试者先用1秒适应这块“毛皮”的画面,然后开始“捉跳蚤”,也就是在跳蚤跳起(黑点变白)的瞬间按下按钮。

研究人员惊讶地发现,无论是在“跳蚤”转移之前、还是之后,参与者都看不到跳蚤,即使他们直接盯着跳蚤可能出现的地方:

实验结果表明,微眼动也伴随着短暂的视觉抑制,在此期间我们基本上是“失明”的。

无论测试者反应速度有多快,“失明”时眼睛都无法注意到移动物体。

不过,在经历的短暂的“失明”后,视力就会在凝视中心迅速恢复、并持续改善,整体视力还得到了短暂增强:

从实验数据可以看出,微眼动发生过后,视力恢复得非常快。

平均而言,在黄斑区域,微眼动结束后不到25毫秒的时间内,灵敏度已恢复到之前90%,之外区域也能在25毫秒内完全恢复。

在微眼动之后100毫秒,视觉灵敏度还有一定的反弹,平均高出了12%。

接下来,研究人员计划继续研究视觉抑制与视力增强之间的关系,并进一步研究这些持续的凹陷调节如何影响眼动策略、以及人类如何积极应对这些策略以提高视觉性能。

这么看来,想要做人造眼睛的难度又提升了不少。

论文地址

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

参考链接

[1]https://www.reddit.com/r/virtualreality/comments/9sgjq2/overload_vr_i_do_not_suffer_from_motion_sickness/

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Troxler%27s_fading

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

本文来自微信公众号“量子位”(ID:QbitAI),作者:边策 萧箫,36氪经授权发布。

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