生命科學

眼睛如何幫腦看?

視網膜處理資訊的能力遠超乎任何想像,竟然能同時上傳十二部不同影片給腦。

撰文/魏布林(Frank Werblin)、羅斯卡(Botond Roska)
翻譯/黃榮棋

生命科學

眼睛如何幫腦看?

視網膜處理資訊的能力遠超乎任何想像,竟然能同時上傳十二部不同影片給腦。

撰文/魏布林(Frank Werblin)、羅斯卡(Botond Roska)
翻譯/黃榮棋

人們對自己驚人的視覺能力太過習以為常,因此少有人會佇足思考,我們究竟是怎麼看東西的。數十年來,科學家將人類的視覺處理機具比擬成攝影機:眼睛裡的水晶體將入射光聚焦投射到視網膜的感光受器陣列。這些光偵測器神奇地將光子轉變成電訊號,沿著視神經傳送給腦處理。不過,我們兩人與其他人最近的實驗指出,這種比擬並不恰當。實際上,在眼睛的視網膜就已經執行了相當可觀的前處理,然後才將一連串各別的圖像資訊傳送給腦解讀。

這個令人驚訝的結論,來自我們對兔子視網膜的研究(我們的蠑螈實驗也得到類似的結果)。兔子的視網膜與人類很相似,看起來像一小片新月形的腦組織,跑到周邊器官(眼睛)中來直接面對外界。視網膜如何建構它所要呈現的內容呢?這些內容到達腦的視覺中樞時,「看來」會是個什麼樣子?又如何傳達真實世界的浩瀚資訊?這些呈現的內容是否透露什麼意義來幫助腦分析影像?這些不過是本研究才剛開始要回答的一部份重要問題。

總的來說,我們已經在視網膜深處找到了會投射堪稱為「12條影帶」(視覺世界的不同萃取)的特化神經細胞(神經元)。每一條影帶包含影像中某個面向的原始圖像,視網膜隨時會更新並傳送給腦。舉例來說,有一條影帶只會傳送描繪物體邊界的線條細節,另一條影帶只會傳送通常是某特定方向的運動,有些影帶則傳送有關陰影或亮部的資訊,其他影帶所傳遞的內容則難以分類。

每條影帶由視神經裡的專屬神經纖維傳送到腦裡的高級視覺中樞,在那兒進行更精密的訊息處理。(人類的聽覺系統也有類似的架構:每條聽覺神經只攜帶小範圍的音調訊息,再由腦整合。)研究視覺皮質的人指出,運動、顏色、深度與形狀等特性由各個腦區處理,特定腦區的受損會造成某種視覺特性的感覺缺失。但腦還能對這些特性有感覺,一開始還是來自視網膜的影片。

接下來幾頁的圖,將解釋視網膜如何創造超現實影像來告知腦子。我們持續研究,漸漸知道每一條影帶是怎麼做成的,但現在絕對還無法提供完整解釋;這12條影像包含了腦所需要用來闡釋視覺世界的所有訊息,但我們還不明白腦如何將這些資訊整合在一起。有可能影片只是個基本線索,充做某種鷹架,好讓腦建構思想。這個想法類似熟知的「心智之眼」,將小說裡的字詞編織成有意義的故事。

視網膜呈現的內容雖然看似完全捕捉了景象的視覺事實,像是餐桌、瀑布或說話的臉,但似乎還是缺了某些要素。這裡頭沒有任何與感受、態度、材質或景象重點有關的成份存在。也許這些特性多少就存在腦所解讀的影帶中,或者,也許因為我們用的是兔子的視網膜,所以沒找到所有人類視網膜可能會捕捉到的圖像,這種「高解析度」圖像或許能以尚不清楚的方式萃取出諸如感受這種特質。