新研究揭示眼睛如何"跳舞"使视力更清晰

我们的视觉能力始于眼睛中对光敏感的感光细胞。 视网膜上的一个特定区域被称为"中央凹"，负责产生敏锐的视觉。 在这里，对颜色敏感的视锥光感受器使我们能够检测到最微小的细节。 这些细胞的密度因人而异。

第一作者珍妮-威滕（Jenny Witten）在物理装置前。 图片来源：UKB 的 MIB-Center / Volker Lannert

此外，当我们注视一个物体时，我们的眼睛会做出细微而连续的运动，这些运动也因人而异。

波恩大学医院（UKB）和波恩大学的研究人员现在研究了敏锐的视觉是如何与这些微小的眼球运动和锥体马赛克联系在一起的。 他们利用高分辨率成像和微观心理物理学证明，眼球运动经过微调后可为视锥提供最佳采样。 研究结果现已发表在eLife杂志上。

人类能够将视线集中在一个物体上，从而看清它，这要归功于视网膜中央的一小块区域。 这个区域被称为"中央凹"，由紧密排列的感光锥状感光细胞拼接而成。 它们的密度最高可达每平方毫米 20 多万个锥体--这个区域比四分之一美元硬币小 200 倍。 微小的中央凹锥体对眼睛可见的视觉空间进行采样，并将信号传送到大脑。 这类似于相机传感器的像素，其表面分布着数百万个感光细胞。

人眼中央凹中心密集镶嵌的锥体感光细胞，与用于测试视敏度的字母相叠加。 颜色表示细胞密度。 图片来源：波恩大学医院（UKB），AOVision 实验室/沃尔夫-哈明宁（Wolf Harmening

然而，有一个重要的区别：与相机传感器的像素不同，中央凹中的锥体并不是均匀分布的。 每只眼睛的中央凹都有独特的密度模式。 此外，波恩大学眼科系 AOVision 实验室负责人、波恩大学跨学科研究领域（TRA）"生命与健康"成员 Wolf Harmening 博士解释说："与照相机不同，我们的眼睛一直在无意识地运动。"

即使当我们稳定地注视一个静止的物体时，也会出现这种情况。 这些固定眼球运动通过引入不断变化的感光器信号来传递精细的空间细节，而这些信号必须由大脑解码。 众所周知，固定眼球运动的一个组成部分，即漂移会因个体差异而不同，而较大的眼球运动会损害视力。 然而，漂移与中央凹感光器的关系如何，以及我们分辨精细细节的能力如何，直到现在还没有研究清楚。

这正是哈明宁的研究团队现在使用德国唯一的自适应光学扫描光眼底镜（AOSLO）进行研究的内容。 由于该仪器具有极高的精确度，研究人员可以研究中央凹中视锥密度与我们所能分辨的最小细节之间的直接关系。 与此同时，他们还记录了眼睛的微小运动。

为此，他们测量了16名健康参与者在执行视觉要求较高的任务时的视敏度。 研究小组跟踪了视觉刺激在视网膜上的路径，随后确定了哪些感光细胞对每个参与者的视觉做出了贡献。

研究人员（包括第一作者、来自英国波恩大学眼科系的珍妮-威滕，她同时也是波恩大学的一名博士生）利用 AOSLO 视频记录分析了参与者在字母辨别任务中的眼球移动情况。

研究显示，人类能够感知比中央凹锥体密度更精细的细节。

哈明宁报告说："由此我们得出结论，中央凹锥体的空间排列只能部分预测分辨敏锐度。 "此外，研究人员还发现，微小的眼球运动也会影响敏锐的视觉：在定影过程中，漂移眼球运动会精确对准视网膜，使视网膜与中央凹结构同步移动。

漂移运动反复将视觉刺激带入视锥密度最高的区域。 研究结果表明，在短短几百毫秒内，漂移行为就会调整到视锥密度较高的视网膜区域，从而提高视力的清晰度。 这些漂移运动的长度和方向起到了关键作用。

哈明宁和他的团队认为，这些发现为我们了解眼睛生理和视觉之间的基本关系提供了新的视角："了解眼睛如何以最佳方式运动以获得敏锐的视觉，有助于我们更好地理解眼科和神经心理疾病，并改进旨在模仿或恢复人类视觉的技术解决方案，如视网膜植入物。"