眼睛如何幫腦看？

撰文　魏布林（Frank Werblin）、羅斯卡（Botond Roska）
翻譯　黃榮棋 
 

　　人們對自己驚人的視覺能力太過習以為常，因此少有人會佇足思考，我們究竟是怎麼看東西的。數十年來，科學家將人類的視覺處理機具比擬成攝影機：眼睛裡的水晶體將入射光聚焦投射到視網膜的感光受器陣列。這些光偵測器神奇地將光子轉變成電訊號，沿著視神經傳送給腦處理。不過，我們兩人與其他人最近的實驗指出，這種比擬並不恰當。實際上，在眼睛的視網膜就已經執行了相當可觀的前處理，然後才將一連串各別的圖像資訊傳送給腦解讀。

　　這個令人驚訝的結論，來自我們對兔子視網膜的研究（我們的蠑螈實驗也得到類似的結果）。兔子的視網膜與人類很相似，看起來像一小片新月形的腦組織，跑到周邊器官（眼睛）中來直接面對外界。視網膜如何建構它所要呈現的內容呢？這些內容到達腦的視覺中樞時，「看來」會是個什麼樣子？又如何傳達真實世界的浩瀚資訊？這些呈現的內容是否透露什麼意義來幫助腦分析影像？這些不過是本研究才剛開始要回答的一部份重要問題。

　　總的來說，我們已經在視網膜深處找到了會投射堪稱為「12條影帶」（視覺世界的不同萃取）的特化神經細胞（神經元）。每一條影帶包含影像中某個面向的原始圖像，視網膜隨時會更新並傳送給腦。舉例來說，有一條影帶只會傳送描繪物體邊界的線條細節，另一條影帶只會傳送通常是某特定方向的運動，有些影帶則傳送有關陰影或亮部的資訊，其他影帶所傳遞的內容則難以分類。

　　每條影帶由視神經裡的專屬神經纖維傳送到腦裡的高級視覺中樞，在那兒進行更精密的訊息處理。（人類的聽覺系統也有類似的架構：每條聽覺神經只攜帶小範圍的音調訊息，再由腦整合。）研究視覺皮質的人指出，運動、顏色、深度與形狀等特性由各個腦區處理，特定腦區的受損會造成某種視覺特性的感覺缺失。但腦還能對這些特性有感覺，一開始還是來自視網膜的影片。

　　接下來幾頁的圖，將解釋視網膜如何創造超現實影像來告知腦子。我們持續研究，漸漸知道每一條影帶是怎麼做成的，但現在絕對還無法提供完整解釋；這12條影像包含了腦所需要用來闡釋視覺世界的所有訊息，但我們還不明白腦如何將這些資訊整合在一起。有可能影片只是個基本線索，充做某種鷹架，好讓腦建構思想。這個想法類似熟知的「心智之眼」，將小說裡的字詞編織成有意義的故事。

　　視網膜呈現的內容雖然看似完全捕捉了景象的視覺事實，像是餐桌、瀑布或說話的臉，但似乎還是缺了某些要素。這裡頭沒有任何與感受、態度、材質或景象重點有關的成份存在。也許這些特性多少就存在腦所解讀的影帶中，或者，也許因為我們用的是兔子的視網膜，所以沒找到所有人類視網膜可能會捕捉到的圖像，這種「高解析度」圖像或許能以尚不清楚的方式萃取出諸如感受這種特質。

　　不過，視網膜呈現的內容無疑形成一種視覺的自然語言，現在了解這種語言是非常重要的，因為世界各地的研究人員都想在視神經前面裝入人工偵測器，以取代視網膜，恢復盲人的視力。這方面的研究是有進展，但結果還很粗糙，所能傳送的訊息還只是模糊的基本圖樣。美國南加州大學杜漢尼眼科研究所已經在進行人體實驗了，韋恩州立大學醫學院也將要展開。這些實驗要達到最終的目標，可能還需要很久的時間。成功與否，在於是否能夠讓腦接收到類似正常視網膜會產生的活性樣式，也就是視覺的自然語言。後續的挑戰是了解如何將每種萃取出來的東西「連接到」恰當的視神經纖維。

　　要建造有效的義眼裝置，必先詳細了解視網膜裡影像的自然語言。同時，這種了解也能幫助研究人員更清楚眼睛與腦是如何共同看清世界、如何遭受錯覺愚弄、如何追蹤快速移動的物體，以及如何填補電視、電腦或露天電影連續播放的影像之間的空白部份。我們希望對視網膜前處理能力的描述，能讓我們更接近這個目標。

【本文轉載自《科學人雜誌》2007年5月號】