眼睛是大脑的延伸器官,是外脑,什么是视觉细胞的感受野。当“看见”的时候之海自百川聚一,野驴

2007-05-3016:08:31

标签:科学科普野驴当看见的时候 分类:科普-《新发现》

“东临碣石,以观沧海。水何澹澹,山岛竦峙……”

当年曹操东征乌桓,凯旋而归,途经渤海,登高远望,为其壮美所感,踌躇满胸,以歌咏志。海之博大乃由百川汇聚而成,经年累月,蔚然壮观。万物生于自然,自然具备天地运行之理,人类虽为万物灵长,亦不能有所襢越

生命体是物质世界的一个组成部分,因此必然遵循物质运动的一般规律,比如血液循环是应用了流体动力学原理才得以完成的;动物们的日常行为活动逃不脱能量守恒定律的控制。而我们的大脑作为这个地球上,或许是整个宇宙中最为复杂、有序的结构组织,理所应当地更能从自然造化中汲取到灵感

不过要论历史悠久,大脑的光芒还需收敛一些。早在帮助动物判断什么该吃,什么不该吃的简单脑出现之前,具有晶状体和视网膜的眼睛就已身份显赫,威风八面了

事实上很可能正是眼睛带动了大脑的进化,至少是视觉系统那部分,这一点可以由脊椎动物的视网膜,在胚胎发育过程中与脑同样起源于外胚层来证明,视网膜还因此获得了“外周脑”的称号

眼睛就是最早的视觉系统,光感受器细胞是这个系统的最初成员。它们像蒸熟的饭粒一样亲密地挤在一起,每一个都有自己的领地,并对落入其领地的光线做出反应,这片领地区域被称为该光感受器细胞的感受野①

感受野的形状基本上是一个圆,面积要比其主人本身的尺寸大,因此相互之间会有重叠部分,所有感受野的集合覆盖了吸收光线、处理光信号的整片区域,即视网膜

这就是视觉系统最初、也是最根本的组织形式,将一个任务分派给多个“劳工”,每个“劳工”分别完成属于自己的那份工作。没有人会对此感到惊奇,因为在任何一个公司都可以见到同样的情形

光感受器细胞的感受野一开始很大,并且复杂,复杂的意思是落入到感受野的光线所形成的光斑,必需要呈现出某种结构才能引起细胞的最大反应。比如当光斑覆盖整个感受野时,细胞不是最兴奋,而当将光斑中心挖去一个小圆,从而形成一个光环时,细胞的反应才会最强烈

那么为什么要采取如此复杂的同心圆结构②,而不是简简单单一个圆斑呢?这好比一个小公司,或者一个手工作坊,干活的人很少,活却很多,每个人都要做很多事,尽量参与到每一个环节,乃至独立完成一整套工序,也因此每个人都很全面

最初的视觉系统就是这样一个简易作坊、小公司,每个光感受器细胞分配到的任务都很繁重,要尽可能地做更多的事,所以感受野就要相应的复杂些,这样才能独当一面,对复杂的视觉信息进行处理

视觉细胞的感受野

注①:感受野这个概念是贯穿整个视觉系统的,即视觉系统中任何一个细胞都在视网膜上有一个代表区,并对此区域内的光学变化做出相应的反应,这个代表区便称为该细胞的视觉感受野

注②:文中提到的只是同心圆结构的一种,被称为撤光-中心感受野,顾名思义,感受野中心没有光,而外周的圆环有光。将其结构完全反置,即只在感受野中心有光,外周的圆环没有光,就变成了另外一种同心圆结构:给光-中心感受野。撤光-中心和给光-中心是同心圆结构感受野最主要的两种模式

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海云青飞,生命进化规律破解者
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