在2012年奥运会的射箭比赛中,前世界第一的韩国运动员林东炫打破了自己的世界纪录。本身就是一项壮举,但是当我们知道根据美国法律标准,这个弓箭手是瞎子时,我们会更好地了解其范围。他患有严重的近视,左眼视力不超过1/10,右眼视力不超过2/10,这意味着他几乎不能张开双臂阅读报纸。但是,他与世界上最好的弓箭手竞争,在测试过程中没有戴矫正眼镜。这怎么可能 ?

任何去过眼科医生的人都知道测量视敏度的经典方法:医生显示越来越小的字符,并测试每只眼睛辨别不同字母的能力。

是什么限制了此性能?我们的眼睛就像摄像机镜头一样工作,能够聚焦在观察到的物体上,从而在视网膜上获得尽可能清晰的图像。后者构成了眼后部的神经组织,将接收到的图像转变为神经活动,并传递到大脑。但是,如同在任何光学系统中一样,这种清晰度是有极限的。长期以来,生物学家一直注意到,一个光点在视网膜上留下的光点伴随着残留的模糊,从而限制了对细节的感知。但是,这种模糊的大小与视敏度成反比:模糊受到的限制越多,敏锐度就越高。在健康受试者中,这种模糊的大小对应于视网膜中的空间,该空间将两个感光器(对光敏感的细胞)分开。长期以来,这三种测量方法(眼科,光学和解剖学)之间的显着一致性一直表明,这种敏锐度定义了我们在视觉感知方面的最大表现。

眼睛的力量

但是,韩国弓箭手的表现表明情况并非如此。实际上,自开始以来 xx e 世纪,一些心理物理学家报告说,在某些情况下,人类可以超越其视力。直到出现精确的视觉刺激设备才能确认这种现象。美国心理学家杰拉尔德·韦斯特海默(Gerald Westheimer)将其命名为“超级敏锐度”。在最著名的实验之一(游标任务)中,要求受试者确定两个横条是否对齐(见图1)。实现的分辨率可能比两个感光器之间的距离小20倍。

这种“超分辨率”怎么可能? 1980年代的物理学家表明,在定位物体时,人眼的光学本身并不是不可逾越的极限。因此,当我们看着一个物体时,该物体发出的光会到达我们的眼睛,并在视网膜上形成模糊点。每个感光器接收的光量取决于它相对于光斑的位置。如果物体移动,则该点的最小位移甚至每个感光器接收的光量都会改变,甚至改变得很小,这使得可以检测到运动。

这是否意味着可以感知到任何位移,无论多么小?不,因为我们的神经元并不完全可靠。实际上,每个感光器发送的信号都不是完美的:即使在没有光线的情况下,感光器也会表现出残留的活性,专家称之为“噪声”。来自感光器的这种“噪音”与眼睛的光学特性相结合,决定了最佳的视觉性能。通过考虑这两个因素,可以确定视敏度的理论上限,在大多数情况下可以达到。一方面,这意味着不可能以比视觉敏锐度更好的精度来定位物体,另一方面,这意味着人类的最大性能接近物理施加的限制-这是最显着的一点。

神经电路补偿光学

大脑如何实现这一壮举?多亏了与视网膜相邻的神经元电路,由所谓的神经节细胞组成。这些收集来自不同感光器的电信号,并集中有关对象运动的尽可能丰富的信息。它们以二进制电流(称为动作电位)的形式向大脑发送信息,该二进制电流沿视神经向上传播到视觉大脑区域。神经生理学家通过测量这些神经元的动作电位,已表明这些神经节细胞对物体的很小的运动敏感,小于两个感光器之间的距离,这解释了视觉敏锐现象。 。

因此,大脑将能够从神经节细胞发出的动作电位中提取(可能在初级视觉皮层的水平上)有关物体微小运动的信息。最引人入胜的谜团之一来自这样一个事实,即只有几十个动作电位似乎可以告知大脑微小的位移,而视网膜中的一百万个神经元不断向其发送电信号。尚不清楚大脑如何设法有效利用这么少的信号。

最后,视敏度有助于解释弓箭手的视敏度如何将射手归类为盲人,从而成功地使自己的射门居中。即使来自目标的光线在其视网膜的感光器上形成模糊点,但由于神经节细胞的作用,眼睛沿目标轮廓的微小移动仍能获得良好的敏锐度(这不是不是物体(这里是移动的目标),而是眼睛(相对于目标进行微小移动)。这些表演肯定是重要的认知努力的结果,林东炫花了数年的时间发展,他只能将其应用于某些非常特殊的视觉刺激(例如同心圆),但代价是集中精力...

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