生命科學

跳動的靈魂之窗

眼球某些不自覺的細微跳動, 一度以為因緊張所造成,如今則 發現與我們的視覺能力大有關聯。 眼球的這些運動,甚至還可能 透露我們下意識的想法。

撰文/馬蒂內茲–康德(Susana Martinez-Conde)、邁克尼克(Stephen L. Macknik)
翻譯/潘震澤

生命科學

跳動的靈魂之窗

眼球某些不自覺的細微跳動, 一度以為因緊張所造成,如今則 發現與我們的視覺能力大有關聯。 眼球的這些運動,甚至還可能 透露我們下意識的想法。

撰文/馬蒂內茲–康德(Susana Martinez-Conde)、邁克尼克(Stephen L. Macknik)
翻譯/潘震澤

在你閱讀這篇文章時,你的眼球會很快地從左到右進行小幅度且快速的跳動,把每個字依序帶入焦點。當你看著某人的臉孔,你的眼睛也會有類似的跳躍:從他的一隻眼睛到另一隻眼睛,再到鼻子、嘴巴以及其他臉部特徵,做短暫的停留。你在瀏覽書頁、人臉或景物時,稍許留意就可察覺自身眼部肌肉的這種不斷收縮。

這種稱為「顫動」(saccade)的大幅度且主動的眼球運動,只是眼球肌肉日常工作中的一小部份。就算你的眼睛看起來專注在某個東西,好比某人的鼻子或是在海平線上下晃動的帆船,你的眼球也從不停止運動;事實上,在我們醒著的時候,眼睛有80%的時間專注在某個物體上,稱做「凝視」(fixation),但眼球仍會不自覺地上下跳動與左右搖動,這種運動對視覺是必要的,如果你在注視時,有辦法停止這種微小的動作,靜止物體的影像將從你眼裡消失。

然而直到最近,研究人員才體認到凝視時眼球運動的重要。眼球非主動運動裡幅度最大的一類,叫做「微顫動」(micro-saccade),它究竟有沒有任何作用,可是讓研究者爭論了50年之久。甚至有些科學家認為,微顫動可能造成影像模糊,而妨礙視力。但由筆者之一(馬蒂內茲–康德)在美國亞利桑那州鳳凰城巴羅神經學研究所進行的最新研究,卻提供了目前為止最有力的論據,證明這些極輕巧的眼球漫舞,可使人在注視靜態景物時不至於什麼都看不到。

同時,眼球的微顫動也協助神經科學家解開了人腦如何把視覺的世界,轉換成意識知覺所使用的編碼。在過去幾年內,筆者以及其他人都偵測到與眼球這種細微的運動有關且明確的神經活性型態。目前我們相信,人類大部份的知覺就是由這些細微運動所驅動的;尤有甚者,眼球微顫動還可能給我們的心靈開了一扇窗。這些細微的眼球運動非但不是隨機發生的,甚至還可能指出我們隱密的心思在想些什麼,就算是我們的目光正朝向別處,微顫動也洩露了我們隱藏的思緒及想望。

神經也會疲乏

眼球會不斷運動這件事,在好幾世紀之前就已經為人所知。1860年德國醫生赫姆霍茲(Hermann von Helmholtz)就指出,要一個人的眼球完全不動,是非常困難的。他提出的解釋是:「視線的徘徊」可避免眼球後方的視網膜發生疲乏。

的確,動物的神經系統演化出偵測環境中變化的能力,因為察覺改變,就有助於存活。視野當中有東西移動,代表可能有掠食者接近,或是獵物正在逃逸;這樣的變化就促使了視覺神經元產生電化學的脈衝。一般而言,靜止的物體並不會造成威脅,因此動物的腦子(包括視覺系統),也不會演化出注意靜止物體的機制。青蛙是個極致的例子,牠們對停在牆上不動的蒼蠅是視而不見的,對所有靜止不動的物體亦然。只不過一旦蒼蠅飛起來,青蛙就能馬上察覺,而伸出舌頭將其捕捉。

對於青蛙看不到靜止物體的現象,赫姆霍茲提出的假說是:沒有變化的刺激會造成神經適應;也就是說,視覺神經元會調整其輸出,而逐漸停止反應。神經適應可節省能量,但也限制了感官知覺。人類的神經元對單調不變的事物,也同樣會產生適應,但比起青蛙,人類的視覺系統對於靜止物體的偵測能力可是好上太多。因為人類的眼球可自行運動,將整個視野的影像在視網膜上移動,促使視神經反應,以對抗神經適應現象,如此一來,也就避免了靜止物體從視線中逐漸消失。

1804年,瑞士哲學家特羅克斯勒(Ignaz Paul Vital Troxler)發表了在人類身上發現的第一個視覺消失現象。特羅克斯勒注意到,刻意將視線集中在某個目標,會使得其周圍靜止不動的影像逐漸消褪(見28頁〈從錯覺體驗眼球的細微動作〉左圖)。這種消褪現象在我們身上每天都會發生,因為刻意聚焦在某物上,會短暫減緩或減少凝視時的眼球運動。這類運動對於焦點外圍的區域,原本作用就不大,因此,就算稍微降低了眼球運動的速率及幅度,因而大幅減弱視力,我們也不會察覺到這種缺失,因為我們只專注於正前方,對於視野裡看不見的部份,並不會多加注意。

如果想要完全停止眼球運動,只有在實驗室裡才辦得到。1950年代初期,有些研究團隊將微型幻燈機置於隱形眼鏡上,並利用吸力裝置將鏡片固定在眼球上,經由這樣的裝置,受試者從鏡片中看到的投射影像是隨眼球同步運動的;因此,利用這種「穩定視網膜」技術,可維持影像不動(對眼球而言),而造成視神經的適應以及影像的消褪。如今,研究人員改用對準眼球的攝影機來偵測眼球的運動,然後將眼球位置的數據傳給投影系統,讓影像隨著眼球運動,而獲得同樣的效果。

1950年代末期,研究人員已經找出了微顫動扮演的角色之一。他們是在實驗室裡抑制了所有的眼球運動之後(包括較大幅度的主動眼球顫動),再把微顫動給加回去,發現這麼做可以恢復視覺。然而,有些研究團隊卻得出不同的結果:他們發現在抑制眼球運動後,再把微顫動加回去,並沒有什麼作用。由於當時使用的穩定視網膜技術都不完美,譬如眼球上的隱形眼鏡可能滑動,而仍有殘留的眼球運動,因此真相難以判定。到後來,沒有人能確定那些實驗結果是由殘留的眼球運動,還是由補加回去的微顫動所造成。………………………

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2007年第67期9月號】



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