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在许多文学家的描绘中,人类的眼睛是生命的窗户,从科学的角度来看,眼睛也因为设计的巧妙被誉为生物界的精密光学仪器。
可我们的眼睛却暗藏着许多“漏洞”。或许我们看到的世界并不是真实的,甚至许多画面是我们的大脑在“查缺补漏”。
为什么人类的眼睛会有盲点?为何很多科学家都说人类的视网膜装反了呢?
盲点的存在现在已经成了公认的事实。因为人类的视网膜存在一个特殊区域—视神经乳头。
这里没有感光细胞,光线在这里无法被感知。
看上去好像是造物主在设计人类这个物种时,“设计失误”了,但从生物学的角度来看,视神经需要穿过视网膜才能将光信号传递到大脑中。为此视网膜上不得不存在一个传递信号的“通道”,这地方刚好就形成了视觉空白区域。
好在人类的双眼位置设计得很合理,单眼的盲点刚好被另一只眼的视野覆盖,所以平时不注意根本就察觉不出来。
很多生物学家眼中,人类的视网膜结构设计,好像是“将错就错”了。从效率上来讲,光线应该直接到达感光细胞,这样的视觉效率才会更高。
但人类的视网膜却“装反了”。感光细胞位于视网膜的最深层,外层覆盖着神经节细胞和双极细胞。光线想要被人类感知到,就必须穿过层层阻碍,费尽千辛万苦才能到达感光细胞来完成信息传递。
不用对生物学有太多了解,但从文字就能看出这里面多出的步骤不是一点半点。
在这一点上章鱼眼睛的设计就更为合理,它们的视网膜感光细胞处于最外层,光线可以直接进入,既不会削弱光线强度,也不存在盲点的问题。
人眼的瑕疵可光只有盲点,喜欢拍照的朋友都知道,我们在拍摄人像时总是容易出现红眼,在各种修图软件中也会有去除红眼的选项。
在很多人的认知中,红眼现象是由于相机的拍摄能力产生的瑕疵,其实红眼现象是因为眼睛内部充血的脉络膜反射了相机的闪光。
照相机只不过特别实在的,把人眼的瑕疵给记录下来了而已。
眼角膜不仅是眼球外层的保护屏障,还具有一种微妙的“镜面反射”功能。角膜的表面非常光滑,它可以像镜子一样反射周围的光线。
这种反射极其微弱,但在理想实验室条件下,研究人员已经成功捕捉并解析这些反射图像,从中重建观察者周围的三维环境。
而且人类的角膜反射还是个广角全景,比普通的单镜头相机可高端多了,它可以捕捉到更大的视野范围。随着眼球的自然运动,角膜的反射画面会不断变化。
在AI技术的加持下,科学家可以通过高效的算法,整合多视角的反射信息,从而构建出观察者所处环境的完整三维模型。
一旦这项技术应用成熟,或许会直接打开军事或刑事侦查领域的新篇章。
人类号称地球万物之王,可这些缺陷是怎么来的呢?
眼睛的结构并不是一夜之间完成的,而是生物进化的漫长历程留下的结果。人眼倒装的视网膜可以追溯到脊椎动物祖先的早期。
进化论认为,盲点的存在之所以在漫长的进化史中没有被修正,是因为这个小瑕疵并没有对人类的生存有明显影响,双眼视野叠加的机制可以轻松弥补这个问题。
而且我们还有一个对信息的极强修正能力的大脑,就算是有问题也可以自动“脑补”。
对比于其他可以影响整个物种生存的大问题来说,眼睛的问题也就被进化的基因片段给忽略了。
而我们眼睛结构的雏形出现在脊椎动物的早期,脊椎动物的感光细胞在发育时会先形成视网膜的内层,而将神经组织堆叠在外层。
如果视网膜的感光细胞处于最外层,这些神经组织将无法直接连入大脑,光线的传输路径也会更加复杂。
尽管这种“错觉”会欺骗我们,但它不会对生活构成负面影响,进化也就自然把它忽略掉了。
所以进化论的最终极理论一直是生存假说,只要一种结构能够基本满足生存需要,就不会在短时间内被替代。
章鱼眼的设计虽然看上去比人类的更高端一些,但人类与章鱼确实是风马牛不相及的两个物种,也根本不可能走上相同的进化路径。
换句话说,人眼的这些缺陷并不是优化失败,而是复杂生物系统在自然选择中的妥协结果。
如果说盲点是眼睛结构上的漏洞,那么大脑就是堵漏王。视觉信息并非完全靠眼睛传递,人类之所以能看到一个连续、完整的世界,靠的最多的是大脑的加工能力。
断线补齐和颜色修这两个最常见的视觉错觉,本质上源于大脑的预测机制。
视觉信息在传递至大脑的过程中会经历一系列“加工”。当某些区域的视觉信息丢失时,大脑会根据周围环境的信息和记忆填补空缺。
当一根电线被树枝遮住时,人类会自然而然地认为电线在树枝后面继续延伸,大脑会自动根据周围线条的方向和形状,将看不到的部分脑补出来。
所以我们在看到断掉的线条后,会自然产生一种延续到错觉,这种错觉在心理学中被称为“完形心理”,让人类可以迅速理解复杂的视觉场景。
这点工作原理特别像最近火到爆的Sora,当我们闭上一只眼睛观察一根木棍,其实在盲点处会出现一个断开的线条,但我们的大脑会自动将整条线“脑补”成连续的形状。
这种修复机制不仅体现在盲点补偿上,也延伸到了颜色感知和亮度对比等领域。
其中最经典的就是棋盘阴影错觉。
在深浅交替的棋盘上方,有一个圆柱体投下了阴影。在这个阴影区域,有一个标记为B的浅色格子;而在没有阴影的地方,有一个标记为A的深色格子。
按理说B在阴影中应该显得更暗,A在光线下自然更亮。可我们的大脑却会传达一个错误信号,B比A看上去更浅!
大脑还会根据环境中的光线条件调整对颜色的感知。
科学家们做过一个草莓实验,即使图片中的草莓是灰色的,人类仍会觉得它是红色的。
在潜意识里,人类的大脑已经将草莓是红色这一记忆固化,科学家也将其称为“颜色恒常性”,保证了人类在多变的光线环境中对物体颜色的稳定感知。
所以视觉错觉的存在反而是生物适应性进化的体现。对于人类祖先而言,快速反应和全面感知比精确测量更重要。
大脑用“脑补”的方式,填补视觉信息,可以让人类更高效地应对复杂环境。在远古时代的丛林中,遮蔽的树丛间若隐若现的影像可能是一只猎豹。
即便看不完整,大脑的补偿机制能迅速给出警报,帮助人类远离危险。这种能力才是真正的低成本高效率,回到进化论的生存假说,一个小小的盲点和动辄影响生命的大事,进化自然会毫不犹豫的选择后者。
精准视觉在生存竞争中也未必有优势。人类不需要像显微镜那样处理视觉信息,而需要兼顾速度、覆盖率和场景适应性。这才是真正的“AI优化算法”。
所以人眼的设计表面上看起来“反人类”,但它却从独特的角度造就了人类非凡的视觉能力。
从生物学的角度来看,眼睛结构的不完美其实是进化智慧的体现。正是因为大脑与眼睛的完美协同,才能让人类在复杂环境中生存下来的同时激发出对世界的无限好奇。
现代科技正在尝试突破人眼的局限性。前文已经提到,人工智能可以通过分析眼角膜的微弱反射,来还原周围环境的三维图像。
我国科学家在仿生视觉领域,也已经取得了显著进展。通过研究人类眼睛的生物学特性,仿生视网膜技术为视觉障碍者带来了曙光。
这些研究不仅拓展了人类对眼睛结构的认识,也会让人类的未来更加精彩。
科技改变未来这句话是真没错,不远的未来,即使眼睛存在天然缺陷,或许也可以通过技术恢复视觉功能,这或许才是科学最大的魅力所在。
人眼“反人类”设计造成的“缺陷”,成了激发了人类对视觉系统深入研究的最好素材。
正是因为好奇,人类才想法设法的去了解眼睛结构和大脑功能,自然设计的奥妙也为人类科技创新提供了灵感,形成了一条完美的闭环。
或许我们所看到的并不是真实的全部,但正是这些错觉和不完美,让人类的思维充满了创造力。眼睛之外是智慧的世界,智慧之内才是人类的无限可能性,不是吗?