我們的視覺能力始於眼睛中的感光感光細胞。視網膜的一個特定區域稱為中央凹,負責敏銳的視力。在這裡,顏色敏感的錐體光感受器使我們能夠檢測到最微小的細節。這些細胞的密度因人而異。此外,當我們注視一個物體時,我們的眼睛會做出微妙的、連續的運動,這在個體之間也有所不同。波昂大學醫院 (UKB) 和波昂大學的研究人員現在研究了敏銳的視覺與這些微小的眼球運動和視錐細胞鑲嵌之間的關係。利用高解析度成像和微觀心理物理學,他們證明了眼球運動經過微調,可以透過視錐細胞提供最佳取樣。研究結果現已發表在期刊上 電子生活。
由於視網膜中央有一個小區域,人類可以將目光固定在物體上,清楚地看到它。這個區域被稱為中央凹(拉丁語為“凹坑”),由緊密排列的感光錐體感光細胞鑲嵌而成。它們的密度達到峰值,每平方毫米有超過 200,000 個圓錐體,面積比 25 美元硬幣小約 200 倍。微小的中央凹錐體對眼睛可見的視覺空間部分進行取樣,並將訊號傳送到大腦。這類似於相機感測器的像素,其表面分佈著數百萬個感光細胞。
然而,有一個重要的區別:與相機感測器的像素不同,中央凹中的視錐細胞不是均勻分佈的。每隻眼睛的中央凹都有獨特的密度模式。此外,“與相機不同,我們的眼睛會不斷地、無意識地運動”,UKB 眼科 AOVision 實驗室負責人、“生命與健康”跨學科研究領域 (TRA) 成員 Wolf Harmening 博士解釋道。 。即使當我們穩定地看著靜止的物體時,這種情況也會發生。這些注視眼球運動透過引入不斷變化的感光訊號來傳達精細的空間細節,這些訊號必須由大腦解碼。眾所周知,注視眼球運動的組成部分之一(稱為漂移)在個體之間可能有所不同,較大的眼球運動會損害視力。然而,漂移與中央凹中的光感受器的關係以及我們解析精細細節的能力迄今尚未被研究。
使用高解析度成像和微觀心理物理學
這正是 Harmening 的研究團隊目前使用自適應光學掃描光檢眼鏡 (AOSLO) 進行的研究,這是德國唯一的一款此類檢眼鏡。鑑於該儀器提供的卓越精度,研究人員可以檢查中央凹中的錐體密度與我們可以解析的最小細節之間的直接關係。同時,他們記錄了眼睛的微小動作。為此,他們測量了 16 名健康參與者在執行視覺要求較高的任務時的視力。研究小組追蹤了視網膜上視覺刺激的路徑,以便隨後確定哪些感光細胞對每個參與者的視力做出貢獻。研究人員(包括來自 UKB 眼科系的第一作者、波昂大學的博士生 Jenny Witten)使用 AOSLO 錄影來分析參與者在字母辨別任務中的眼睛移動情況。
眼球運動根據視錐細胞密度微調
研究表明,人類能夠感知到比中央凹中錐體密度所暗示的更精細的細節。哈梅寧報告說:“由此,我們得出結論,中央凹錐體的空間排列只能部分預測分辨率敏銳度。”此外,研究人員發現,微小的眼球運動會影響銳利的視力:在註視過程中,漂移的眼球運動會精確對齊,以與中央凹結構同步系統地移動視網膜。 「漂移運動反覆將視覺刺激帶入視錐細胞密度最高的區域,」威滕解釋。總體而言,結果表明,在短短幾百毫秒內,漂移行為就適應了視錐細胞密度較高的視網膜區域,從而改善了敏銳的視力。這些漂移運動的長度和方向發揮了關鍵作用。
哈梅寧和他的團隊表示,這些發現為眼睛生理學和視力之間的基本關係提供了新的見解:「了解眼睛如何以最佳方式移動以實現清晰的視力可以幫助我們更好地了解眼科和神經心理疾病,並改進設計的技術解決方案模仿或恢復人類視力,例如視網膜植入物。
資助:這項工作得到了德國研究基金會(DFG)艾美諾特計畫的支持;卡爾蔡司基金會(HC-AOSLO);諾華製藥有限公司(EYENovative 研究獎)和波昂大學開放取用出版基金。