第一作者 Jenny Witten 在微型心理物理装置前。图片来源：英国国立大学 MIB 中心 / Volker Lannert

德国波恩大学的研究人员揭示了细微的眼球运动和光感受器的密度如何有助于清晰的视觉。

我们的视力始于眼睛中对光敏感的感光细胞。视网膜的一个特定区域称为中央凹，负责清晰的视觉。在这里，对颜色敏感的视锥细胞使我们能够检测到哪怕是最微小的细节。这些细胞的密度因人而异。

此外，当我们注视某个物体时，我们的眼睛会做出细微、连续的运动，而且每个人的眼睛运动的速度也不同。

波恩大学医院 (UKB) 和波恩大学的研究人员现已研究了敏锐视力与这些微小眼球运动和视锥细胞马赛克之间的关联。他们利用高分辨率成像和微观心理物理学证明了眼球运动经过精细调整，以便视锥细胞获得最佳采样。该研究结果现已发表在eLife杂志上。

人类之所以能够将目光集中在一个物体上并看得清，是因为视网膜中央有一小块区域。这个区域被称为中央凹（拉丁语中意为“凹坑”），由密集排列的感光锥细胞组成。感光锥细胞密度最高达到每平方毫米 200,000 多个，而这块面积大约比 25 美分硬币小 200 倍。中央凹的微小锥细胞会采集眼睛可见的视觉空间部分，并向大脑发送信号。这类似于相机传感器的像素，其表面分布着数百万个感光细胞。

人类眼睛中央凹处密集排列的视锥细胞马赛克，上面覆盖着用于测试视力的字母。颜色表示细胞密度。图片来源：波恩大学医院 (UKB)、AOVision 实验室 / Wolf Harmening

然而，有一个重要的区别：与相机传感器的像素不同，视网膜中央凹的视锥细胞分布并不均匀。每只眼睛的中央凹都有独特的密度模式。此外，“与相机不同，我们的眼睛会不断无意识地运动。”波恩大学眼科系 AOVision 实验室负责人、波恩大学“生命与健康”跨学科研究领域 (TRA) 成员 Wolf Harmening 博士解释说。

即使我们正注视一个静止的物体，这种情况也会发生。这些注视眼球运动通过引入不断变化的光感受器信号来传达精细的空间细节，这些信号必须由大脑解码。众所周知，注视眼球运动的一个组成部分，即漂移，在个体之间可能有所不同，较大的眼球运动会损害视力。然而，漂移与中央凹的光感受器以及我们解析精细细节的能力之间的关系至今尚未得到研究。

这正是 Harmening 博士的研究团队现在利用德国独一无二的自适应光学扫描光检眼镜 (AOSLO) 进行研究的课题。由于该仪器具有出色的精度，研究人员可以研究中央凹的视锥细胞密度与我们能够分辨的最小细节之间的直接关系。同时，他们还记录了眼睛的微小运动。

为此，他们在 16 名健康参与者执行一项视觉要求高的任务时测量了他们的视力。该团队追踪了视觉刺激在视网膜上的路径，以便随后确定哪些感光细胞对每位参与者的视力有贡献。

研究人员——包括第一作者、波恩大学眼科系的珍妮·维滕 (Jenny Witten)，她也是波恩大学的博士生——使用 AOSLO 视频记录来分析参与者的眼睛在字母辨别任务中如何移动。

研究表明，人类能够感知比中央凹视锥细胞密度所显示的更精细的细节。

“由此，我们得出结论，中央凹视锥细胞的空间排列只能部分预测分辨敏锐度，”Harmening 报告说。此外，研究人员发现，微小的眼球运动会影响敏锐的视力：在注视过程中，漂移眼球运动精确对齐，以系统地移动与中央凹结构同步的视网膜。

“漂移运动反复将视觉刺激带入视锥细胞密度最高的区域，”Witten 解释道。总体而言，研究结果表明，在短短几百毫秒内，漂移行为就会调整到视锥细胞密度较高的视网膜区域，从而改善清晰的视力。这些漂移运动的长度和方向起着关键作用。

Harmening 和他的团队表示，这些发现为眼睛生理和视觉之间的基本关系提供了新的见解：“了解眼睛如何以最佳方式运动以获得清晰的视觉，可以帮助我们更好地理解眼科和神经心理疾病，并改进旨在模仿或恢复人类视觉的技术解决方案，例如视网膜植入物。”

这项工作得到了德国研究基金会 (DFG) 的艾美·诺特计划、卡尔蔡司基金会 (HC-AOSLO)、诺华制药有限公司 (EYENovative 研究奖) 和波恩大学开放获取出版基金的支持。

参考文献：Jenny L Witten、Veronika Lukyanova 和 Wolf M Harmening 撰写的“通过人类中央凹中的主动自适应采样实现亚锥视觉分辨率”，2024 年 10 月 29 日，eLife。DOI：doi:10.7554/eLife.98648

来源：波恩大学医院

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