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(22)神经细胞也会嫉妒?《颜色-不是你想象的那样》

2017-06-29  宗子说

光线通过角膜,晶状体的折射到视网膜上, 视网膜中的感光细胞受到光刺激而产生光信号,并通过神经节细胞把信号传递到大脑中,形成视觉。


1
神经节细胞是什么?

如下图红框里的神经元细胞,主要结构有胞体(体细胞)、轴突和树突。

胞体里面包含很多细胞器,如细胞核。从胞体发散细小的分支叫做神经突。最长的神经突被称为轴突axon。轴突连接眼睛和大脑,传递视觉信息。除了长长的轴突,还有短一些的树突dendrites。树突的作用是接收从另一个神经细胞传递过来的信号。

其实信号的传递都是电压变化的传递。


不是所有神经的反应都是一样的。他们有各自的偏好。

正如视网膜上的神经节细胞,我们展示一系列不同的视觉刺激,记录电压峰值。如果由于某刺激一个神经兴奋,我们就可以说这神经对这类刺激有反应。但神经节细胞偏向哪些刺激呢?很难全面回答。因为神经节细胞有多种不同类型,答案取决于特定类型的细胞。


2
感受野

感受野定义了视网膜的的一个区域,光线落在这个区域才可以增加或减少刺激,改变神经细胞的兴奋度。


感受野上布满神经节细胞的树突。如果光线落在这个区域之外,对神经细胞就没有反应了。同样,神经元细胞仅仅能看见能传送光线到我们眼睛感受野的世界。无论神经元偏向什么刺激,这个刺激必须包含神经细胞感受野的光线。


但是,神经细胞需要的不仅仅是被刺激,而是比其周围他神经细胞更多的刺激

如果仅仅是这个神经节被光照到时会产生视觉刺激,但如果光照范围扩大,反而刺激会减弱。

这个有点像人类。我们把光照比作财富,将视觉刺激比作快乐。人的财富只有比他周围的人多的时候才会感到快乐,而不管他自身财富是多少。神经细胞也是一样 ,只有这个神经细胞接受到的视觉刺激比周围的神经细胞多时才会有强烈的刺激,如果跟周围的神经细胞有一样的视觉刺激,它反而兴奋不起来。


所以神经节细胞的激活是受到两个感受野的影响:一个是中心区域,一个是周围区域

仅仅出现在中心的光照会引起神经节细胞激活,而一旦光照扩大到它周围的区域,该神经节细胞激活减弱。

也就是说,神经节细胞会对比中心和周围的光照强弱来决定是否会活跃。


3
为什么神经节细胞会“中心-周围”的感受野区别?

这也解释了瓦萨雷利错觉——欧普艺术(注)的基础。如下图:


发现角上的小方块比边上的要明亮,为什么?

我们通过计算发现,假设在明度为3的框里:

  • 边上的明度为3,周围的平均亮度也是3小方块包围。

  • 角上的小方块明度也是3,但包围它的周围的小方块的平均亮度是2.5


由于周围的小方块的明度比中间的低,对比起来就显得更明亮。


我们看到瓦萨雷利错觉中明亮的十字,也说明了我们感知明度是基于“中心-周围”感受野的区别。


所以,我们必须牢记:

感知到的明度,跟从这个位置到达视网膜上光线的数量是不一致的。



4
“中心-周围”感受野的应用

这些错觉不是bug,本身就是这样。

例如看纸质书,无论在明亮的太阳底下看,还是在阴暗的室内,书上的白纸黑字都是差不多。但如果我们仔细计算一下不同环境下进入到我们眼睛的光线,我们会很惊讶。


在明亮的太阳底下黑字反射出来的光线(明度是12),比在阴暗的室内下白纸反射出来的光线(明度6)是还要多。


如果在非常明亮的太阳底下,视网膜接收到非常多的反射光;而在非常阴暗的室内,视网膜接收到非常少的反射光,这两种情况都会影响我们阅读白纸上的黑字。


所以在视网膜接收到大面积高强度的光照时,神经节细胞的活性就会减弱,从而不让太多的光线影响我们的视觉;而在视网膜接收到只有少量的反射光时,神经节细胞的活性就会增强,这样才能让我们在阴暗下看的更清晰。 

这个例子表明,视觉系统对物体的一些不变物性(如白纸黑字之间的差异),进化成更加敏感,而对一些变化的物性,如不同光照下从物体上反射出来的光线,视觉系统的敏感性反而降低。——这也是颜色恒常性的根本原因。

【在公众号“领略色彩之雅”中回复“恒常性”可以看到具体解说】

是因为“中心-周围”感受野决定了视网膜对绝对光量度的敏感性,让视网膜更好地区对比周围的光线,来让我们在不同的光照条件下都能看的清。


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