一、视觉

视觉源于人类或高阶生物对外界刺激产生的一种感觉,这种刺激促使视神经元细胞产生兴奋,进而产生视觉。生物机体借助视觉,能够感知外界物体的大小、形状、颜色、结构、距离及运动等特征信息。研究表明,80%以上的信息由视觉提供,视觉信息加上从其他感知系统获得的信息(如听觉、嗅觉、味觉、触觉等),由各感知通道相互协作处理,对生物机体的生存与发展具有重要意义。

视觉是感知系统中最重要的一个通道,主要通过视觉系统的感觉器官(眼)感知外界刺激。这些外界刺激主要由外界环境中一定频率范围的电磁波形成,人类与大部分哺乳动物所能感知的电磁波波长为380～760nm。这一波段内的电磁波能够被视觉系统以光的形式接收,也称为可见光。这些能够被视觉感知的光信号具有直线传播、光速传输及不依赖于具体介质等特点,同时光信号的特点保证视觉系统感知外界刺激时能够准确判断外界物体的大小、形状、颜色、结构、距离及运动等特征信息。可见光的频率与波长决定光的颜色,可见光的色散谱根据频率与波长依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,在可见光范围内频率低波长长偏向红,频率高波长短偏向紫。可见光的强度决定光的亮度,即相同频率波长可见光的光子数目越多,光子活动越剧烈,其光亮度越高。

可见光通过角膜到达瞳孔,经瞳孔对光的调节到达晶状体,进而在视网膜上成像形成物像。物像在视网膜上经过视杆细胞与视锥细胞两种光感受器内的视紫红质蛋白检测光,如是否有光信号、光的强度、光照的角度及光源的位置等信息,光感受细胞将检测到的光信号转换为生物神经电信号并传输至双极细胞,然后到达神经节细胞形成视神经,神经细胞之间通过突触对神经信号进行逐级综合处理,传导至大脑视觉中枢,最终形成视觉。

视觉信息离开眼球后先到达视交叉,两只眼睛将接收到的信息在视交叉进行重新拆分处理,即由左眼与右眼分别感知到的右侧视觉信息传输至左侧大脑、由左眼与右眼分别感知到的左侧视觉信息传输至右侧大脑。离开视交叉后,视觉信息分别被传递至视交叉上核、上丘和外侧膝状体三个部分。视交叉上核位于视交叉上方,主要影响生物节律(即生物钟);上丘位于中脑四叠体,主要参与由光、声音等外界刺激产生的眼动神经活动,研究表明,眼动的模式与视觉信息的提取、自闭症、社交障碍等疾病相关;外侧膝状体位于丘脑,主要完成视觉信息更细粒度的处理,包括视觉细节特征的提取、分类及整合等,经视放射传递至初级视皮层。视觉信息将在初级视皮层区分发给多个高级脑区,再经高级脑区进行更加细致的后续处理。视觉信息流在不同的脑区之间反复传递,从而影响生物体的行为与思想,完成视觉认知外界的基本功能。