安全島報人劉亞東A
作者:環球科學
圖片來源:pixabay
人類的眼睛十分好動。哪怕再專注地凝視,也不可能讓眼球一動不動。它們總是在輕微地轉動,而我們幾乎毫無察覺。如今科學家發現,這樣的動作還有意想不到的效果……
撰文 | 栗子
審校 | 二七
從主觀感受來說,當我們盯著某個東西的時候,通常會覺得自己的眼睛完全沒有轉動。但事實上,眼睛幾乎一直在動,只是人類自己很難意識到而已。
換句話說,人類永遠沒辦法完全把視線固定在一處,就算努力讓眼睛不要動,它們還是會有細小的動作,調整我們看到的畫面。這樣的眼動又被稱作“微眼跳”(microsaccade),平均每秒一兩次,一天大概也有幾萬次了。
十多年前曾經有研究表明,看到一張靜態圖,卻感覺裡面的圓圈在轉,就是託微眼跳的福。
圖片來源:Akiyoshi Kitaoka
而現在,科學家發現微眼跳不僅能帶來有趣的視錯覺,還能讓人們看得更清楚。只是,在我們的視力增強之前,需要先經歷一段短暫的“失明”。
研究團隊把這項成果發表在了《美國科學院院刊》(PNAS)上。
眼睛靠什麼看細節?
人類的眼睛裡,有大片的視網膜來收集資訊,但其中只有一個非常小的區域,負責提供高解析度的視覺,幫我們看到事物的細節。
這個區域在視網膜黃斑上,叫黃斑中心小凹(foveola),是一處凹陷的結構,直徑只有0.35毫米左右。雖然地方不大,但聚集著大量的視錐細胞,比視網膜其他區域的視錐細胞分佈都要密集。
上圖,黑框內的橢圓為黃斑,直徑5.5毫米左右,黃斑中心小凹只是其中一個很小的區域,直徑0.35毫米左右;下圖,黃斑中心小凹為最內層紫色圓圈,往外一層紫色圓圈為中央凹,直徑1.5毫米左右(圖片來源:VMR Institute & Jenny R Holzer)
視錐細胞,是眼睛用來分辨不同顏色的感光細胞。每個視錐細胞和視神經之間都有單獨的連線,很容易區分哪個刺激從哪裡來,所以視錐細胞的視覺敏銳度(visual acuity)相當強。那麼,坐擁大量視錐細胞的黃斑中心小凹,便有足夠的敏銳度,幫我們分辨出一些物體的細部結構。
比如,想要看清遠處的路標,或者從人群裡鎖定一個人,我們就要依賴黃斑中心小凹提供的細節,把對應位置的“畫質”變高畫質。
但也因為這個凹陷的區域太小,人類需要不斷地移動視線,才能讓黃斑中心小凹看到事物的全貌(就像把望遠鏡轉向不同角度,能看到不同風景)。就算我們盯住一個物體,以為眼球沒在轉,其實也在不斷地轉移視線,只是幅度小到難以察覺。
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不過,這樣的微眼跳並不是人的自主行為,而是無意識的動作。但現在有科學家發現,如此輕微的眼動之中,包含著一個“短暫失明”的過程,在那之後眼睛便能看得更清楚。
他們觀察的物件,就是黃斑中心小凹,一個連視網膜面積的0.01%都佔不到的小區域。
短暫失明是人類的日常
研究團隊設計了一項測試。接受測試的人類,要盯著螢幕裡的一塊“動物皮革”,找到上面的“跳蚤”。皮革上有許多黑點,當一個黑點突然變白(維持0.01秒),那就是跳蚤在跳。此時,受試者便要按下手柄上的按鈕來抓跳蚤。
白色點出現,就是跳蚤跳起(圖片來源:原論文)
這是考驗視覺敏銳度的任務,人們會頻繁地用到微眼跳,也就是無意識地轉移視線。與此同時,有一臺高精度掃描裝置,觀察著人類眼中的黃斑中心小凹,確定微眼跳發生在什麼時間。然後,科學家把微眼跳發生的時間,和人們抓跳蚤的成績放在一起,就可以知道微眼跳對人的視力有沒有影響。
團隊分析資料後發現,轉移視線之前和之後,受試者都無法立即看到“跳蚤”。哪怕那一刻他們的目光正對著“跳蚤”,也看不到它。換句話說,微眼跳很可能讓視覺受到了抑制。
資料還顯示,在短暫的視覺喪失後,人們視野中央的視力迅速恢復到了先前的水平,然後繼續改善。總體看來,微眼跳發生後,視力比視線轉移前(暫時)有所提升。
其實,眼跳(saccade,又叫掃視)發生時人的視覺靈敏性(visual sensitivity)會下降,這個現象科學家們從前已經瞭解,並把它稱作眼跳抑制(saccadic suppression)。不過,當初人們大多是在研究有意識的視線轉移,讓目光從一邊掃到另一邊,動作幅度更大。
較大幅度的眼跳(圖片來源:gifwave)
而新的研究藉助高解析度的儀器證明了,快速且無意識的微眼跳也能短暫禁用人的視覺,隨後還能讓視力獲得短暫的增強。
至於視覺為什麼會受到抑制,科學家還沒有完全弄清。不過他們推測,這可能是我們在眼神遊移不定的時候,依然保持畫面穩定的一種方法。假如我們的視覺不被抑制,在視線轉移過程中一直都能看到,那眼裡的畫面可能也會跟著動盪。
也不是永遠感受不到
而現實是,當我們凝視著一個物體,眼裡的畫面並沒有什麼變化,那怎樣才能感受到微眼跳的存在?
只要像開頭提到的那樣,用一個視錯覺小實驗,就能讓微眼跳顯現出來。這是科學家在2008年的一項研究中發現的事。
圖片來源:Isia Leviant
研究人員是怎麼知道,看到靜態圖中旋轉的圓圈,是微眼跳的功勞?
微眼跳的頻率會自然變化,有時快有時慢。科學家讓受試者們觀察一些視錯覺圖片,就是能從靜態中看出動態的那種。當圖中的圓圈轉動變慢或停止的時候,受試者要按下按鈕,而快速轉動時則鬆開按鈕。
測試過程當中,攝影機以每秒500次的幀率,記錄下受試者的眼動情況。結果發現,當微眼跳發生的頻次更快時,這種視錯覺就變得更加明顯;當微眼跳發生的頻次下降,甚至停歇,視錯覺也消失了。
把按下按鈕所需的反應時間考慮在內,結果顯示,當微眼跳以更快的速度發生時,這種錯覺就變得更加明顯;當速度減慢到停止時,這種視錯覺也消失了。於是科學家相信,人類會從靜態圖中看到動態,就是微眼跳造成的。
此前學界一直在爭論,把靜態看成動態的視錯覺,這個現象究竟是源自眼睛還是大腦。而這項研究證明了是眼睛的功勞。
不過,十多年後的今天,科學家們對微眼跳依然知之甚少。就連發表新成果的科學家們,也期待未來的研究,能解開微眼跳背後更多的謎題。
原論文:
https://www.pnas.org/content/118/37/e2101259118
參考連結:
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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