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眼睛只是视觉神经系统的一小部分,而负责处理视觉信号的,是位于后脑勺的视觉皮层
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包裹们会首先进入初级视觉皮层,先拆开包裹,然后看每个物体是原本来自哪里的,然后分门别类地送往下一层。在下一层又会分析,每个包裹是什么颜色的,然后再下一层又看,这一堆包裹是个什么形状,那一堆是什么花纹;一层层下去,完成最基本的视觉信息的识别,在你的大脑中画出了看到的图像,然后还需要根据图像中物体和背景的关系,来进一步分析,哪里有阴影、物体之间的位置关系等等。最后把分门别类好的视觉信号发送到大脑的不同区域,去做更复杂的任务,譬如说,阅读、识别人脸、看电视等等。
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这里我只是非常笼统肤浅地描述了视觉信号是如何被看到的。研究这个的学科叫“视觉神经科学(Visual Neuroscience)”。虽然哲学和神经科学常常有很多联系,但“视觉神经的工作原理是怎样的?”是可以单纯当成生物学问题看待的。“大脑里的神经活动是怎样引起了视觉认知,以及视觉认知相关的行为的”即视觉神经科学目标研究的主要问题。
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为什么《还珠格格Ⅱ》里的紫薇撞上石块后失明了?
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难易程度
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在《还珠格格Ⅱ》第34集里,紫薇后脑勺撞上了石块,结果失明了。1999年,才小学二年级的我,实在是太困惑了:那石头隔空打物,从后脑勺把前面的眼睛给弄坏了吗?
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其实,眼睛是正常健康的,但视神经或是大脑的视觉皮层出现了损伤,也是会导致失明的。
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在《还珠格格Ⅱ》里,慌乱之中,紫薇的后脑勺撞上了石块,结果醒来时已经看不见了。这可能是因为当时损伤了位于后脑勺的视觉皮层。因为之后她又恢复了视觉,我推测当时她可能只是暂时性地失去了视野(visual field)。什么是视野?当保持眼球不动,面向正前方注视正中央一个点时,你所看到的空间范围,就是视野。在学术上,紫薇的这种情况叫视野缺损(visual field loss)。
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有趣的是,大脑被损伤的位置不同,所导致的视野缺失也不一样。下图中,红色区域为大脑损伤的部分(左侧大脑后脑勺处)以及相对应的视觉损失的视野区域。7
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不同位置的视觉皮层损伤导致不同的视觉损伤。左列是左侧大脑,大脑上红色区域标示的是被损伤的区域。在此,为方便解释,所有的损伤都在左侧大脑。最上方表示正常情况下的左右两眼的视野。偏盲(hemianopia):左侧视觉皮层受到损伤会导致“看不到”右侧视野。值得注意的是,无论眼球如何转动都无法看到右侧视野。象限盲(quadrantanopia),意思是视觉中看不见视野中的某一个象限……(说实话我更喜欢日本的翻译,叫“四分盲”,即四分之一盲)。还有最下方的视觉暗点(scotoma)
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简单地来说,“左脑负责看右边,右脑负责看左边”。上图中的损伤都出现在左侧大脑,所以视野损伤都出现在右侧。在现实生活中,当出现偏盲的现象时,患者会将其形容为——“我的右眼看不见了”。实际上是整个右边视野看不见了,但因为缺乏神经科学的知识,以为视觉仅是由眼球决定的,误以为是右眼出了问题。
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为什么要长两只眼睛?
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难易程度
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之前我看到了同一个话题的一篇果壳文章,开头很妙(但可惜我找不到实际的出处)。话题来自武则天,有天她问大臣们,为什么人要长两只眼睛?大臣们张口结舌,都答不上来,武则天则告诉大家,是为了当一只眼睛累了的时候,能睁一只眼,闭一只眼。这句话,本是武则天敲打大臣,要他们不要多管闲事,后来常被解读为“为人需大度,莫要斤斤计较”。
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唉,忧国忧民的我真是为这帮大臣的生物学知识捉急(着急)哪……
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这个问题很简单嘛,这个话题在学术上被称为双眼视觉(binocular vision)。
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有两只眼睛,一方面是可以有更宽阔的视野,即使周边的信息不清晰,也能够有一些警醒作用。这对于常常被捕猎者设为目标的动物们异常重要,视野越宽广,越容易发现靠近的捕猎者。
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另一方面就是能够对“视觉深度”的感知更加精准,换句话说就是知道一个物体离我们眼睛的距离有多远。当我们看着一个物体时,因为两眼之间有一定距离,所以两眼所接收到的图像会有不同,发送至大脑后,大脑便会分析两幅图像,从而更加精准地判断眼睛与目标物体之间的距离。然而,这个优势只有在双眼距离较小,两眼所接收到的图像有一定的重叠范围时才能发挥作用。当然,要是仅有一只眼睛也是能够估计这个距离的,只是不如有两只眼睛来得轻松精确。这一个视觉优势对于捕猎者异常重要:在追逐猎物时,运动的物体与自身的距离与捕猎成败息息相关。
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要是武后兴趣浓厚一些,就该问,那为什么两只眼睛不放开一点?为什么有些动物的两只眼睛靠得近一些,有些两只眼睛分在头的两侧?
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正如之前所提,双眼的两个优势相互牵制:如果想要更宽阔的视野,双眼就是分得越开越好;如果想要对一个运动的物体进行快速地跟踪,就最好让双眼靠近一些,有更多的重叠范围。所以,作为常被捕猎的“弱势”动物们,如兔子、羊、鹿,两只眼睛位于身体的两侧;而作为捕食者的鹰、狮子、老虎甚至蛇的双眼靠得都很近,且面向前方。最佳的对比例子就是鸽子和老鹰。即使在眼睛不动的状态下,鸽子也能看到300多度的视野,而老鹰只能看到不到120度,但有近90度为两眼视野的重叠区域。(唉,某鸟天生只有逃跑的命啊……)
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冷知识:别看鸽子呆头呆脑的,即使你站在它身后,人家也是看得到你的哟。
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