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核心概念 发布时间:2018年12月18日

眼睛间谍:为什么我们需要移动我们的眼睛来收集关于世界的信息

摘要

你可能会想什么你一直都能看到。但你有没有停下来想过如何你看到了什么?为了看到环境中的物体,大脑首先需要从眼睛获得信息。一旦获得了这些信息,大脑就可以利用它在脑海中描绘出一幅世界图景。在大多数情况下,我们感觉好像我们看到了我们周围环境的细节非常清楚,我们的视觉体验似乎是平滑和连续的。然而,因为我们对世界的看法是如此流畅、清晰,所以很容易忽略我们的眼睛和大脑为创造这种体验所做的艰辛工作。事实上,我们的眼睛在不断地移动,以便向大脑提供关于我们周围世界的新信息。但为什么这是必要的呢?在这篇文章中,我们将探索我们的眼睛是如何以及为什么会运动的,以及大脑是如何通过眼睛来创造视觉体验的。

为什么我们需要移动我们的眼睛?

关于人类视觉的一个令人惊讶的事实是,尽管世界对我们来说似乎一模一样清晰,但我们收集的视觉信息在眼睛的所有部位的清晰度并不相同。你可以自己观察。首先,盯着屏幕上的紫色圆圈图1。很容易读取字母和围绕圆圈的数字而不移动眼睛。现在盯着蓝色广场。您可以在视野的角落看到紫色圈子,但您可能无法再阅读它周围的数字和字母。您的愿景的模糊部分,您只能收集有限的信息,称为边缘(per-IF-er-ee)。在你的视野中心最清晰的点被称为(fo-vee-uh)。Fovea位于称为视网膜的重要内层的中心。视网膜对视力这么重要的一个原因是因为它由称为感光体的特殊细胞组成。

图1  - 眼睛的所有部分都不相同。
  • 图1 - 眼睛的所有部分都不相同。
  • 将页面保持在正常的阅读距离。当你直接看紫色圆圈时,你可以很容易地阅读围绕它的数字和字母。当你看蓝色正方形时,你仍然可以看到眼角的紫色圆圈,但你无法再阅读数字和字母。当你从y角看东西时我们的眼睛,你是在使用你的周边。当你直视一个物体时,你的视力最好;这是因为你的中心凹位于眼睛的中心,使你能看得最清楚。

当光线进入眼睛时,它首先通过角膜,角膜是眼睛前部的透明圆顶(参见图2.).然后光线进入瞳孔——眼睛中心的黑暗开口——进入晶状体,晶状体是帮助光线正确聚焦的一部分。最后,光线通过内眼的主要部分,即玻璃体腔。这个腔室充满了一种凝胶状物质,叫做玻璃体。通过玻璃体腔的光线以清晰的影像聚焦在视网膜上。位于视网膜上的光感受器将光转化为大脑能够理解的神经信息。

图2-从侧面看,此处显示了眼睛的各个部分。
  • 图2-从侧面看,此处显示了眼睛的各个部分。
  • 光首先穿过角膜 - 眼睛前面的透明圆顶 - 然后穿过瞳孔,在虹膜中间的黑暗开口。然后,镜头将光线聚焦在视网膜上,因为它穿过称为玻璃腔的眼睛的内部。Fovea是视网膜中心的一个小区域,其中有许多称为锥体的特殊细胞,可以帮助您清楚地看到。

光感受器有两种。杆状细胞是感光细胞,对弱光敏感,即使在相对黑暗的环境中也能看到周围的环境。视锥细胞是一种感光细胞,它携带有关颜色的信息,在明亮的光线环境中支持非常清晰的视觉。中央凹是视网膜中央的一个小空间,在那里有许多紧密排列在一起的锥体。离中央凹越远的区域锥细胞越少。锥体在中央凹的排列方式解释了为什么我们的视觉中心是最清晰的。但是这种安排有一个问题!因为中央凹非常小,它只能向大脑发送关于世界有限区域的信息。问题是我们的注意力经常被我们周围的事物所吸引,而中央凹一次不能集中在一个以上的区域。

为了弥补中央凹的有限大小,我们做了许多快速的眼球运动,称为跳阅[1].扫视(SUH-KODS)是短暂的,双眼制作的生涩运动,这改变了方向凝视从一个地方到另一个地方。凝视指的是你的眼睛指向哪里和你的头的位置的组合。当你转移视线时,你的中央窝可以聚焦到一个新的位置,并向大脑提供关于视觉环境的清晰信息。例如,当你看这一页时,你正在阅读的单词(和它周围的一些单词)落在中央凹提供的清晰区域。为了继续阅读文章,你的眼睛需要快速扫视以聚焦新区域(单词)。因为你需要不断移动中央窝的位置,才能清楚地看到你想看的东西,你的眼睛必须每秒跳三次。这意味着你的眼睛移动的频率比你的心跳的频率要高!

尽管你可以在一天内做几十万次扫视,扫视并不是眼睛唯一的行为。在每次扫视之间有一段短暂的休息时间,称为扫视固定. 注视让你的眼睛有机会专注于你正在看的东西,这样你就能看得清楚。在注视过程中,眼睛向大脑发送有关环境细节的信息。一点一点地,大脑可以利用这些信息把你周围的世界的全貌拼凑起来。要自己观察注视和扫视,你可以尝试以下活动:抓住一个伴侣,站在镜子前。首先,看看你自己的反映。当你的眼睛静止时,你可以看到自己的脸。现在把你的眼睛移到脸的不同部位。你看不到自己的眼睛在动!然而,如果你看着你的伴侣在他/她移动眼睛时的倒影,你将能够观察到你朋友的眼睛进行了许多快速而急促的扫视。

如果你的眼睛不断地快速移动,为什么你没有注意到它的发生?在扫视过程中,世界不应该看起来模糊吗?即使你的眼睛不断地快速移动,你的大脑也会构建一个平滑而稳定的环境表示。当你的眼睛移动时,你不会有意识地识别周围的视觉形成进入大脑。这可以让你清晰而稳定地看到世界,但并不意味着没有信息存在。尽管这个过程还没有被很好地理解,科学家认为在扫视过程中收集的视觉信息存在于大脑中一个叫做大脑皮层的区域。大脑皮层y存储在扫视过程中收集的信息,但它不是大脑中参与眼球运动的唯一区域。

眼跳的神经控制

扫视和注视共同作用,为大脑提供创造一幅心理世界图景所需的信息,但大脑参与控制眼睛下一步移动的位置。大脑需要告诉眼睛他们应该移动多远和方向。当某物吸引你的注意力并将你的中心凹指向它时,大脑的两个结构在告诉眼睛何时以及如何移动时非常重要:上丘和前额视野。

大脑中称为上丘的区域从你的眼睛、耳朵和其他感官获取信息,并利用这些信息将你的眼睛移向吸引你注意力的事物[2].例如,如果你在学校,听到房间角落里的火警警报,你的眼睛可能会下意识地朝那个声音的方向移动。上丘告诉你的眼睛何时何地移动,但它也帮助控制你如何转动你的头和肩膀。这很重要,因为有时你想看的东西超出了你眼球运动的范围。例如,如果身后有噪音吸引了你的注意力,你需要移动更多的身体,而不仅仅是眼睛,才能看到噪音的来源。

大脑的另一个领域,称为正面眼领域,对于帮助您将眼睛移动到您故意选择的区域,这是重要的3.].大脑的这一部分为眼睛制定了一个计划,这样它们就会根据你的目标和环境中物体的视觉特征,知道如何以及往哪里移动。视觉特征是描述一个物体的东西,如形状、大小或颜色。你可以把额叶视野想象成一个地图制造者。大脑的这个区域描绘出你所处环境的视觉特征,以及它们的重要性或可见度。如果你正在寻找一个圆形的时钟,额眼区标记圆形的形状也很重要。如果一个区域非常吸引人的注意力,它可能也会被标记为重要的区域,比如在平淡的棕色桌子上放一个热的粉红色咖啡杯。地图上被认为是最重要的区域是你的眼睛接下来会移动的地方。既然你已经对眼球运动的原理有了一些了解,让我们来看看科学家是如何以及为什么研究眼球运动的。

科学家研究眼球运动的方式和原因

眼跟踪是一种技术,允许计算机计算眼睛所指出的位置。这让科学家衡量眼睛的扫视和固定。有几种不同类型的眼罩。一些眼罩要求您在下巴休息中坐在电脑屏幕前(见图3一),而其他人可以附加到眼镜框架或护目镜,以便你可以走来走去。眼追踪器通常使用投影红外灯的小型设备(人类不能看到的一种光)朝您的眼睛朝向您的眼睛。红外光导致角膜上的少量反射。位于眼睛前方的相机可以检测到这种角膜反射并用它来测量眼球运动。

图3 -眼动追踪:(A)在眼动追踪实验中,参与者坐着,头靠在下巴托上,看着电脑屏幕。
  • 图3 -眼睛追踪:(一种)在一项眼球追踪实验中,参与者坐着,头靠在下巴托上,看着电脑屏幕。
  • 由摄像机和红外照明器组成的眼睛跟踪装置位于屏幕和参与者之间,并记录眼球运动。(b)在视觉搜索实验期间,参与者眼睛的路径的示例可能会在屏幕上围绕,所以参与者寻找铃声。圆圈代表固定和线代表扫视。知道一个人在视觉搜索期间看的地方,告诉科学家人的注意力。

科学家们对眼球运动很感兴趣,因为一个人在看什么和他在想什么之间有着密切的关系[4.].一般来说,当你看着环境中的某个物体时,你的注意力也会指向该物体。例如,让我们假设你看着窗外,因为你听到一只鸟在唱歌,你想看看它是什么样子。你的注意力集中在这只鸟身上,你可能也在想这只鸟的歌声是多么悦耳,或者它的羽毛是一种美丽的蓝色。虽然凝视和注意力不是总是通过这种方式链接,人们普遍认为你关注你所看到的对象。

由于眼球运动和注意力之间的密切关系,想要研究注意力如何工作的人经常使用眼球跟踪。例如,一个店主想要知道在哪里放置产品,他可能会使用眼睛跟踪来确定人们在购物时最常看的地方。眼睛跟踪的另一个用途是探索人们如何在他们的环境中寻找特定的物体。这个研究领域称为视觉搜索。在视觉搜索实验中,参与者被赋予一个目标(一个特定的图片或图像),以便在其他分散注意力的图片或图像中寻找。如果你曾经做过《瓦尔多在哪里》,在你的房间里寻找丢失的玩具,或者帮助你的父母找到他们的钥匙,那么你已经完成了视觉搜索。通过使用眼睛跟踪器来研究视觉搜索,科学家可以研究人们在寻找目标时如何选择要注意的内容(参见图3 b).

对眼球运动的研究不仅教会了科学家眼睛和大脑如何一起工作来观察世界,还使我们更接近于理解注意力等心理活动是如何运作的。眼睛(以及它们所做的动作)帮助人们收集所需的视觉信息,以了解环境。每次我们移动眼睛,我们都会向大脑提供有关世界事物的重要新信息;简言之,我们得到了一个关于我们周围每个空间区域正在发生什么的新“快照”。对象的形状、颜色、纹理和边缘等信息。大脑利用这些信息帮助我们了解周围的世界。例如,我们面前蓬松的橙色纹理属于一只我们需要避免踩到的猫,而我们看到的锋利边缘是我们需要避免撞到的桌子角。通过研究眼球运动,我们可以看到,即使是最小最简单的运动也会对我们的生活产生巨大影响。

术语汇编

外围视网膜中央凹外面的视网膜区域。与中央凹相比,这个区域的视锥细胞更少,所以视野更模糊。

Fovea.视网膜中心的小区域,其支持由于该区域中的大量锥体而非常明显的视觉。

扫视两只眼睛制作的短,生涩的运动,从一个地点移动到另一个地方。

凝视指向眼睛的组合以及头部位于空间中的位置。

固定当眼睛休息时,扫视之间的时间段。

利益冲突声明

作者宣称,这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的,这些关系可以被解释为潜在的利益冲突。


参考文献

[1]雅布斯(Yarbus), a.l. 1967。“眼跳眼球运动”,眼球运动和视力(波士顿,MA:施普林格)。129 - 46页。

[2]Klier,E.M.,Wang,H.,和Crawford,J.D.2001。上丘在视网膜坐标系中编码凝视命令。NAT。Neurosci。4:627. 内政部:10.1038/88450

[3]Purves,D.,Augustine,G.J.,Fitzpatrick,D.,Katz,L.C.,LaMantia,A.S.,McNamara,J.O.,等人,2001年。神经科学,第二版。扫视眼球运动的神经控制。马萨诸塞州桑德兰:Sinauer Associates。可在线访问:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10992/

[4]Just,M.A.,和Carpenter,P.A.1980。阅读理论:从眼睛注视到理解。心理学。牧师。87:329.