我们的眼睛犹如一扇窗口,让光线进入并在大脑中转换为生动的影像。视觉处理是一个立体而复杂的过程,涵盖了多个大脑结构与更高层次的认知过程。通过这些过程,我们不仅能看到周围的世界,更能理解并感知它所传达的信息。
光能首先通过角膜进入眼睛,然后经过瞳孔和晶状体,最终聚焦在视网膜上。
当光线来到眼睛,第一步就是经过角膜,这是一层透明的组织,负责折射光线。接着,光线穿过瞳孔和晶状体,这儿的晶状体会进一步弯曲光线,让其精确地聚焦在视网膜上。在视网膜上,包含了光感受器——即感光细胞,主要分为两类:杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞能有效监测微弱的光线,而锥状细胞则负责处理明亮的光源。
杆状细胞对昏暗的光线敏感,而锥状细胞则更擅长转化明亮的光线。
当光线被视网膜的光感受器检测到后,这些细胞会将光信号转换为电信号,然后传递给双极细胞,进而引发视网膜神经节细胞的动作电位。这些视网膜神经节细胞在视神经盘汇聚,形成视神经。来自双眼的视神经在视交叉处交错,将每一只眼睛的视野分别映射到对侧的大脑半球,帮助大脑整合视觉信息。接下来,视神经形成的视径分叉成两条主要的视觉通道,分别名为内侧膝状体通路和外侧膝状体通路,这些通路将视觉信息传递到枕叶的视觉皮层进行更高层次的处理。
我们的视觉系统是以层级形式组织的,各个解剖区域在视觉处理上具有专门的功能。低阶视觉处理主要关注于区分影像中的不同对比,而高阶视觉处理则涉及到从多种来源整合信息的认知过程。物体处理,例如物体识别和定位,就是一个高阶视觉处理的例子。高阶视觉处理依赖于自上而下和自下而上的过程。 自下而上处理是指视觉系统利用进入的视觉信息,从视网膜向更高的皮层区域单向传递。而自上而下处理则指的是基于先前的知识和上下文来处理视觉信息,并改变神经元所传递的信息,调整它们对刺激的反应。几乎所有视觉通路的区域都能受到自上而下处理的影响。传统上,视觉处理被认为遵循单向的前向系统,但越来越多的证据显示,视觉通路可以双向运作,既有前向机制也有反馈机制,信息可以在皮层的不同层之间来回传递。
若大脑受到损伤,可能导致高阶视觉处理的缺陷,包括视觉物体失认、面孔失认、地标失认等多种障碍,这些问题是由于涉及腹侧或背侧视觉通路的大脑结构受损所造成的。
过去的模型将视觉处理的特定区域与其对应的刺激类型相联系,例如,位于颞叶后侧的海马旁回区域(PPA)对于建筑物和地点场景的激活会显著增强,而纺锤体区(FFA )则主要对面孔和类面孔刺激表现出强烈的反应。
海马旁回区域在观看建筑物、房子的时候会显示出增强的神经反应。
另一方面,之所以FFA在受到面孔刺激时展现出更高的神经激活,是因为它负责识别面部特征,但研究也显示,其实不只限于面孔。 FFA对于专业领域的视觉刺激,例如鸟类或汽车,也会展现出更多的激活。相关研究中的专家们在区分这些物体上会生成FFA的激活,这表明FFA的灵活性和适应性。
一些研究指出,FFA和PPA的发展与特定视觉任务的专业化有关,并且与大脑中的其他视觉处理模式相关。具体而言,FFA的激活位于处理即时视野的区域,而PPA激活则位于处理周边视野的区域。这代表着FFA和PPA可能因为这些视野所共同面对的视觉任务而发展出某些特殊化功能。
由于面孔通常是在即时视野中处理,因此与之相关的脑区在某种程度上会发展成对面部识别的专业区域。同样,建筑物和地点通常是从边缘视野中观察到的,因此和周边视野处理相关的区域就会专注于这些建筑物和地点的视觉特征。透过这样的方式,我们的大脑在视觉处理的过程中进行了精巧的专业化与适应,让我们能够更好地理解世界的各种细节。
面对如此复杂而巧妙的视觉处理系统,我们是否能够更加认识到视觉系统在日常生活中的过往和未来?