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“聪明”的眼睛 精选

已有 8769 次阅读 2016-3-7 11:21 |个人分类:活色生香de生物科学|系统分类:教学心得|关键词:学者| 视网膜, 环路


人类80%的信息都来自于视觉。而眼睛中感光的部分——视网膜,虽然其胚胎来源和细胞组成和中枢神经系统极其类似。但是至今为止,视网膜仍然被认为只是一个如实传递光信号到大脑的感觉器官,像个照相机一样。(参见图1)真的是这样么?

眼睛的1.2亿个感光细胞接受的光信号传递给越1千万个双极细胞,再到120万的神经节细胞;通过长长的轴突传递给外膝体的50万个细胞,最后到达皮层。在视网膜中信号是逐级压缩的,然后到大脑这些信号又被重新解压缩。就类似于语言,我头脑中想到的图景总结为一句话告诉你,听到了这句话后你的头脑中也出现了相同的图景,而这图景的信息量要远远大于这句话。那么视网膜是如何总结出这段信息流,来使大脑尽可能真实的感知眼中的世界的呢?这是视觉神经科学家想解决的问题。

视网膜采取了一个非常聪明的方法:信息分流-平行处理。让我们用球场看球来打比方吧。看台上有1.2亿个观众正在观看1999年第三届女子足球世界杯,这个时候孙雯进球了。什么是最快最有效的将1.2亿个人看到的图像消息传递给没有现场看球的50万个人呢?1.2亿个人都打电话么?那没法打进去,忙音。参考视网膜的方法,1.2亿个人打电话给1千万个人,这一千万个人将信息归类:第一部分人收集出时间(什么时候进球的);第二部分人收集了名字(孙雯);第三部分人收集运动方式(长传配合?单刀直入?罚球?点球?);第四部分人收集出地点(进了哪个门)。这一千万个人还有很多人收集到的是无效信息,比如球场灯光,周围的树,观众的长相等等,这些无效信息就被过滤了,不传达给下一级120万个人。于是这120万个人将整理的信息:(199974日晚1933秒)-(中国队红衣孙雯)-(踢入挪威队大门);传达给50万个不在现场的朋友。视网膜就是这样,将(1)大小,(2)颜色,(3)轮廓,(4)运动方向,这些信息抽提出来,通过不同的信息通道(不同类型的神经节细胞)传递给大脑,用这种平行处理的方法,快速有效的压缩抽提出大脑感兴趣的信息,及时准确的将外界环境的光信号输入视觉中枢。

在视网膜中大约有五十多种细胞,只有第一层的两种感光细胞如同照相机的胶片或者CCDCMOS,事无巨细的将光信号转化为细胞电信号。第二层和第三层的四十多种细胞互相之间形成了精密的神经网络,进行了对视觉信息初步的筛选和预处理。因此研究视网膜这个相对独立的神经网络膜,将可以给神经科学提供借鉴和新的思考。也可以对光学成像的仿真应用提供改进的思路。

后记:实际上在本文中,有很多视觉信号类型并没有被包括在内,例如景深,运动方向,明暗信号等,但是视觉系统能分离出来的信号是否只是这些呢,还有更多的要素是否仅由于实验手段的限制而无法被检测出来?也是非常有可能的。

 

 




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