視覺的原理

　　視錐細(xì)胞與視桿細(xì)胞
　　
　　我們是通過怎樣一種系統(tǒng)來認(rèn)知設(shè)計的呢？
　　
　　看到一件設(shè)計作品時，它的視覺形象瞬間就會出現(xiàn)在我們腦海中，整個過程耗時只有幾分之一秒。盡管時間非常短，我們卻能準(zhǔn)確把握設(shè)計作品的顏色、形狀、位置關(guān)系等若干屬性。由此可見，人類擁有性能非常高的認(rèn)知系統(tǒng)。
　　
　　眼睛最初捕捉到的視覺信息是光，光通過眼球的瞳孔、經(jīng)過晶狀體的折射在視網(wǎng)膜上成像。所謂視網(wǎng)膜，是眼球內(nèi)壁覆蓋的一層膜狀組織。在視網(wǎng)膜的下層，有一種視細(xì)胞可以將光轉(zhuǎn)化為電信號。該視細(xì)胞又分為兩類，一類是“視錐細(xì)胞”，它們在明亮的地方發(fā)揮作用；另一類是“視桿細(xì)胞”，它們對弱光反應(yīng)敏感，在光線暗的時候發(fā)揮作用。經(jīng)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，人眼大約有500萬到700萬個視錐細(xì)胞，1億2千萬到1億4千萬個視桿細(xì)胞。
　　
　　◎視錐細(xì)胞
　　
　　視錐細(xì)胞對光的“顏色”反應(yīng)敏感，根據(jù)吸收波長的不同，可分為三類，分別是L視錐（紅視錐）、M視錐（綠視錐）和S視錐（藍(lán)視錐）。如果這三種視錐細(xì)胞中的任何一種存在缺陷或者吸收光線的波長出現(xiàn)異常，都會導(dǎo)致人的色覺障礙。（據(jù)調(diào)查，日本男性中，M視錐出現(xiàn)異常的情況相對較多。每20個人中，就有1人異常）。人只能看到三種視錐細(xì)胞所吸收的波長范圍內(nèi)的光。
　　
　　◎殘像補色與視錐細(xì)胞
　　
　　為了讓大家實際體驗一下視錐細(xì)胞的機能，接下來我們做一個有趣的實驗。請盯住上圖中的紅色圓形看30秒，然后迅速把目光移向右側(cè)的空白處。您應(yīng)該能發(fā)現(xiàn)空白處出現(xiàn)一個泛藍(lán)色的圓形。這種現(xiàn)象就叫做“殘像補色”。由于長時間看紅色，L視錐（紅視錐）出現(xiàn)疲勞，而在這一過程中，M視錐（綠視錐）和S視錐（藍(lán)視錐）并沒有使用，因此相當(dāng)活躍。當(dāng)我們把視線移向空白處時，受活躍的M視錐和S視錐的影響，在空白處浮現(xiàn)出紅色的互補色，即泛藍(lán)色的圓形。
　　
　　◎視桿細(xì)胞
　　
　　視桿細(xì)胞對微弱的光反應(yīng)敏感，但不能辨別顏色。因此，在光線昏暗的地方，我們雖能看清物體的形狀，但很難分辨其顏色。在視桿細(xì)胞中，有一種叫做視紫質(zhì)（Rhodopsin）的蛋白質(zhì)，遇光即分解，會刺激視神經(jīng)末梢，由視神經(jīng)把刺激傳到大腦，產(chǎn)生視覺。視紫質(zhì)由視蛋白（Opsin）和維生素A結(jié)合而成。當(dāng)人體缺乏維生素A時，在昏暗的地方會看不清東西，這就是由于無法合成視紫質(zhì)造成的。
　　
　　除了貓頭鷹和夜鷹，大部分鳥類都在白天活動，它們基本不具有視桿細(xì)胞。因此，在黑暗的地方，大部分鳥類的視覺機能都極差。在日語中，“鳥目”就借指夜盲癥。
　　
　　◎暗適應(yīng)與明適應(yīng)
　　
　　您是否有過這樣的經(jīng)歷？從明亮的地方進(jìn)入已經(jīng)開演的電影院或音樂廳時，會突然感覺眼前一片漆黑，根本看不清座位在哪兒。
　　
　　不過，過一會兒，就能漸漸看清座位了。我們的眼睛逐漸適應(yīng)黑暗的現(xiàn)象，叫作“暗適應(yīng)”。它受視網(wǎng)膜內(nèi)視紫質(zhì)功能的影響。視桿細(xì)胞需要通過視紫質(zhì)的積累來獲得感光度，但視紫質(zhì)的積累需要一定的時間。因此，從明亮處進(jìn)入黑暗的地方，看清東西也需要一定的時間。
　　
　　反之，從黑暗處突然進(jìn)入明亮的地方，我們會感覺眼前一片白茫茫，什么都看不到。不過，過一會兒，等眼睛適應(yīng)了環(huán)境，就又能看清東西了。這種現(xiàn)象就叫作“明適應(yīng)”。在黑暗的地方，我們積累了很多視紫質(zhì)以適應(yīng)黑暗環(huán)境，但突然進(jìn)入明亮的地方后，太多的視紫質(zhì)會導(dǎo)致感光度太強，使我們感覺刺眼。不過，視紫質(zhì)會在光的作用下分解。過一會兒，視紫質(zhì)的量就恢復(fù)到了普通水平，我們便能正?？礀|西了。視紫質(zhì)的分解速度比積累速度快，因此人的明適應(yīng)也比暗適應(yīng)來得快。
　　　　
　　
　　大腦如何處理視覺信息
　　
　　視細(xì)胞將視覺信息（即光信號）換為電信號，然后經(jīng)由雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞傳送至大腦。接下來，傳送至大腦的信息經(jīng)過大腦中央的外側(cè)膝狀體，到達(dá)后腦部的視覺區(qū)。就我們?nèi)祟悂碚f，視覺區(qū)對于由視覺信息（光信號）轉(zhuǎn)換而來的電信號至少要進(jìn)行一階（V1）至五階（V5）確認(rèn)。在第一視覺區(qū)（V1），只對簡單的形狀進(jìn)行處理，然后傳送到高階視覺區(qū)。
　　
　　在第一視覺區(qū)，只對信號做非常簡單的處理。在這里，有辨別藍(lán)、紅、黃等顏色的細(xì)胞，以及分辨極其簡單的形狀如水平線、垂直線和斜線等的細(xì)胞。而且，這些細(xì)胞只對自己負(fù)責(zé)的部分有反應(yīng)。比如，負(fù)責(zé)辨別藍(lán)色的細(xì)胞，只對藍(lán)色有反應(yīng)，對其他顏色通通不感冒。而且，不論是正方形、圓形還是三角形，它們只對藍(lán)色的有反應(yīng)，并不在乎其形狀。再比如，負(fù)責(zé)辨別豎線的細(xì)胞，根本無視橫線的存在，只留意豎線。線條的顏色對它們的判斷也沒有影響。
　　
　　從第一視覺區(qū)向高階視覺區(qū)發(fā)送視覺信息時，分為兩個通路。第一個通路叫“背側(cè)視覺通路”，是第二視覺區(qū)（V2）向第三視覺野(V3)發(fā)送信息的通路。在這條通路上，對對象物的動態(tài)、空間信息以及三維形態(tài)等進(jìn)行處理。另一條通路叫“腹側(cè)視覺通路”，是從第二視覺區(qū)(V2)向第四視覺區(qū)(V4)發(fā)送信息的通路。這條通路處理對象物的顏色和形狀等信息，相比第一視覺區(qū)(V1)處理的過程要復(fù)雜一些。在腹側(cè)視覺通路中，有對復(fù)雜顏色、形狀比較敏感的細(xì)胞，可以對特定的曲率、曲線組合以及復(fù)雜的形狀作出反應(yīng)。第一視覺區(qū)（V1）除了具有處理視覺信息的功能外，還是一個“發(fā)送基地”，可以根據(jù)視覺處理的內(nèi)容，向不同的通路分配信號。
　　
　　最后，經(jīng)過處理的視覺信息經(jīng)過腹側(cè)視覺通路傳送至側(cè)腦葉，到了這里會對更加復(fù)雜的形狀進(jìn)行處理，最終完成對對象物的認(rèn)知。概括來說，就是人首先對對象物的顏色、簡單的線條、輪廓等作出反應(yīng)，分解出其中的簡單要素。然后，再分階段對復(fù)雜的形態(tài)等進(jìn)行處理。