光线聚焦在视网膜的何处成像最清晰,视网膜的作用是成像对吗

你的视网膜,如何调整脑中影像的明暗对比?——《眼见为凭》 作

作者|理查德马斯兰德译|邓子恒一个人弯腰抱着吉他修剪草坪,那天是绿色的。人家说:你有一把蓝色的吉他,弹不好。他回答说:那是在蓝色吉他上弹奏时曲调是如何变化的。华莱士史蒂文斯街3354号

00-1010视网膜细胞一开始处理的另一个重要的事情是加强输出图像的边缘。请注意,打开和关闭细胞并不会改变视觉图像,只是告诉大脑它接收的是光还是暗。边缘增强就另当别论了,因为从这里开始,原始图像就没有被忠实地传输到大脑。就大脑而言,图像得到了增强,即边缘得到了处理,获得了最多的信息。

edge的重要性看似非常明显,但它包含了一个掌握了视觉很多方面的核心原理。自然世界的像素绝对不是随机的,自然图像世界是有结构的:直线、角度、曲线、曲面。也就是说,某些像素的外观会受到周围图像内容的影响。真实的随机图像世界就像只接收噪音的电视屏幕。人类的视觉系统可以组织,加强变化的结构,削弱缺乏变化的区域,如天空的中心和单一色块的内部。

天空的中心,单一色块的内部。图//Pexels视网膜生成加强图像边缘的机制是侧抑制,这是视网膜的基本程序之一,也是计算机图像生成的基本程序。这个时候,我们再来看看刚才的简单模式。全黑全白区域没有信息,产生变化的点(也就是边)信息最多。侧抑制会增强边缘附近神经节细胞的反应。因为边缘抑制,大脑接收到的黑边和白边信息最强。这是视网膜选择图像世界中的重要特征传输到大脑的根本例子。

手机和电脑里都有同样的数字边缘增强程序。你大概知道,数字图像通常可以通过“提升对比度”或“边缘增强”来修改。修改后的图像将变得更清晰。当然,天下没有免费的午餐,图像中的灰色调往往会被牺牲掉,但有时候牺牲是值得的。

00-1010侧抑制是感觉系统中常见的机制,包括视觉、触觉和听觉,以及嗅觉和味觉。所有的哺乳动物和许多脊椎动物都有侧抑制。这个系统可能非常有用。它出现在动物进化的早期,是自然界最早的图像处理技术。为什么侧抑制(边缘强化)这么好用?

要回答这个问题,我们不得不把侧抑制看作是视网膜上所有视网膜神经节细胞发送信息的特征。下图是落在视网膜表面的正确图像(由视杆细胞和视锥细胞检测到)经过几个步骤的修改后,由视网膜神经节细胞发送到大脑。

落在视网膜表面的正确图像,经过几个步骤的修改,由视网膜神经节细胞发送到大脑。图/《眼见为凭》顶部的线代表视觉图像。图像的一半是黑色,另一半是白色。中间的线代表视网膜神经节细胞看到的图像。底线代表神经节细胞向大脑发送信息的强度。请注意,在边缘区,每个神经节细胞传递的信息是增强的,在亮区增强,而在暗区神经节细胞的反应是减弱的。从大脑来说,这种机制的作用是明暗差异(定义边缘的信号)增加。

为了简单起见,这里我以只含有开放细胞的视网膜为例。事实上,另一半封闭的神经节细胞也以与开放细胞相反的方式发挥作用,但效果是一样的:增加边缘附近的信号差异。这里不详细解释每一步。它们实际上就像打开细胞,但行为正好相反。

为了好玩,我们可以思考一个有趣的事情:如果造成刺激区域的黑色是最黑的黑色,而白色是纯白的,那么黑边会看起来更黑,白边会看起来更白?如果引起刺激的黑色是纯黑,白色是纯白,那么根据定义,由开放细胞和封闭细胞组成的系统应该是有限的,因为它们的反应不能低于零,也不能超过100%。但在现实世界中,一幅图像的所有部分都会被视为介于0到100%之间,会更亮或更暗,但不是绝对的亮和暗。当视觉系统遇到由亮到暗的过渡区时,侧抑制会以同样的方式加强信号,使我们对对比度的感受更强烈。这种机制造就了著名的视错觉“马赫带”(Mach bands):当两个深浅不同的色带组合在一起时,我们会感觉到交界处旁边的暗区颜色较深,亮区颜色较浅。

马和带图//维基百科总而言之,视网膜上的视网膜神经节细胞有四种基本形式:暂时开启、持续开启、暂时关闭和持续关闭,每一种都会受到侧抑制的影响,因此对边缘附近区域的反应高于其他区域。

中央没有变化的区域来得强烈。我们在第四章中还会看到,视网膜其实更为複杂,就如同一篇论文的标题中所说的,「比科学家所想得还要聪明」。但是我们可能要一段时间才发现到有多聪明。在此同时,科技进展让我们能够更仔细脑部处理来自视网膜资讯的方式。

——本文摘自《眼见为凭:从眼睛到大脑,从感知到思考,探索「看见」的奥祕》,2021 年 5 月,时报出版。

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