中國生物技術(shù)信息網(wǎng)官方賬號(hào)11小時(shí)前
在戶外的陽光下不宜閱讀，因?yàn)榉瓷涔鈺?huì)刺激我們的視網(wǎng)膜，有損視力。這個(gè)觀點(diǎn)我們從小就已被灌輸。
但我們每天睜開眼睛看到的這個(gè)世界，反射光的亮度在一天內(nèi)可以變化10000次以上，在午間左右會(huì)達(dá)到峰值。由于這些巨大的光線變化，下圖中黑底白字“Subway”的白色和黑色部分在中午反射的光要比晚上多1000倍。那么，我們對(duì)黑與白的認(rèn)知怎么會(huì)在一天中如此可靠呢？
近日，發(fā)表在《Cell Reports》上的一項(xiàng)研究中，來自美國紐約市立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)闡明了明亮的光線如何更有效地刺激大腦的視覺區(qū)域，從而有助于視力。這一結(jié)論顛覆了我們此前固有的觀點(diǎn)，即戶外明亮的光線下可能更適宜閱讀。
在日常生活中，人眼需要分辨邊界清晰的物體，也需要分辨邊界模糊的物體。后一種分辨能力就成為對(duì)比敏感度。對(duì)比敏感度和視敏度是評(píng)估視覺疾病和導(dǎo)航功能的重要指標(biāo)。視敏度是人眼分辨物體細(xì)微結(jié)構(gòu)的最大能力。
其實(shí)，對(duì)比敏感度不僅用于視覺分辨，像作家和音樂家還使用對(duì)比敏感度來強(qiáng)化文字和旋律的顯著差異。在視覺世界中，亮度對(duì)比指的是光刺激源與其周圍環(huán)境之間的光線強(qiáng)度的差異。對(duì)比度越大，越容易識(shí)別，比如在白紙上的黑字會(huì)比灰字更容易閱讀。
數(shù)十年來，視覺研究的假設(shè)一直認(rèn)為，亮度對(duì)比不會(huì)隨著光線強(qiáng)度變化。也就是說，在白紙上的深色文字被認(rèn)為在室外（較明亮光線下）與室內(nèi)（較暗的光線下）會(huì)有著相同的亮度對(duì)比。很顯然，這種亮度對(duì)比的穩(wěn)定性很重要。否則會(huì)是什么樣呢？如果在不同的光線強(qiáng)度下亮度對(duì)比不能保持，那么室內(nèi)的黑色在室外會(huì)變成接近白色樣，因?yàn)樗鼤?huì)反射更多的光。
在這項(xiàng)研究中，紐約市立大學(xué)視光學(xué)院生物與視覺科學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)通過測量初級(jí)視覺皮層神經(jīng)元的亮度反應(yīng)功能發(fā)現(xiàn)，亮度反應(yīng)隨亮度范圍和黑白刺激的變化而變化。增加光照量對(duì)大腦視覺皮層的開啟和關(guān)閉功能有相反的影響。
該結(jié)果證明，長達(dá)數(shù)十年歷史的假設(shè)是不正確的，甚至還可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的測量誤差；而這些誤差對(duì)基礎(chǔ)研究、眼科診療，以及依賴于精確視覺對(duì)比的多學(xué)科產(chǎn)生影響。例如，它可能導(dǎo)致對(duì)眼部疾病患者的視敏度測量不準(zhǔn)確、影響醫(yī)學(xué)圖像的對(duì)比度渲染或?qū)е聻橐曊先耸亢屠夏耆嗽O(shè)計(jì)的設(shè)施測量不準(zhǔn)確。
這項(xiàng)研究表明，當(dāng)我們?cè)谝曈X環(huán)境中導(dǎo)航時(shí)，我們的大腦會(huì)不斷調(diào)整其視覺響應(yīng)以適應(yīng)亮度范圍的變化。與視敏度一樣，對(duì)比敏感度強(qiáng)烈依賴于光線的強(qiáng)弱。增加光照量會(huì)使眼睛對(duì)周圍暗刺激源和亮刺激源的對(duì)比敏感度向相反方向轉(zhuǎn)變。增加光量提升了眼睛對(duì)最暗對(duì)比度的分辨力，例如，使陰影中的細(xì)微差別更容易被看到；同時(shí)也顯著削弱了眼睛對(duì)最亮對(duì)比度的分辨力，例如，你很難分辨一輛被擦的锃光瓦亮的汽車車身最亮面反射亮度之間的差異。
該研究結(jié)果還表明，視覺皮層對(duì)比敏感度的明暗差異與自然界中的明暗對(duì)比差異緊密匹配，包括它們對(duì)亮度范圍的依賴性。
從日出到日落，亮度范圍在自然界中變化了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這些緩慢的時(shí)間變化調(diào)整了視覺皮層神經(jīng)元的對(duì)比度反應(yīng)功能，以捕捉每個(gè)亮度水平上最具信息量的對(duì)比度。知道兩個(gè)明亮鏡面的反射光在明亮的海面上具有不同的亮度是無意義的優(yōu)勢(shì)；但夜間微弱的亮度變化可能是捕食者靠近的信號(hào)。因此，視覺皮層需要發(fā)出對(duì)比度和亮度變化的信號(hào)，這兩個(gè)皮層信號(hào)持續(xù)相互作用，有效地對(duì)我們的視覺世界進(jìn)行采樣。
研究人員稱，這些新發(fā)現(xiàn)也可以用來改進(jìn)現(xiàn)有的圖像處理算法和視覺對(duì)比度指標(biāo)。
因此，這項(xiàng)研究的結(jié)論是，閱讀對(duì)象的亮度改變了我們對(duì)明暗對(duì)比度的敏感性，從而更有效地從自然場景中提取信息。因此，在更明亮的光線下閱讀能更有效地刺激視覺皮層，讓你更好地看清文字，并有助于你的視力。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108692
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