你的眼睛随时都在抖动，只是你不知道

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撰文 | clefable

审校 | 二七

首先，让我们先来一起感受一个发现于200年前的神奇视觉现象：请将下面的图片放大，然后牢牢盯住中间的十字，保持眼睛不动。

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不出意外的话，几秒之内，你就能感觉到十字周围丰富的颜色都消失了！变成了一片灰白。

如果你感觉还不过瘾，可以再盯着下面这张图中的红点，然后等几秒钟。这次可以不用放大图片（不过放大后，体验感会更好！）

图片来源于论文

你是不是又发现了，画面中心的红点周围一圈浅灰色的环似乎消失了，好像融入了白色背景一样。

所以，是我们的眼睛坏了吗？到底发生了什么？

别担心，你的双眼完全正常且健康。我们看到的这些现象实际上最早是由瑞士医生特克斯勒（Troxler）在1804年发现的。这个现象也被称为“特克斯勒效应”。它指的是当人眼的视觉中心集中在某一个物体时，这个物体周围的静止物体都会在人眼中褪色和消失。

上世纪50年代末，英国帝国理工学院的学者克拉克（Clarke）给出了一个解释。他认为，这是由于人眼中接受视觉刺激的感光细胞产生了适应性。由于静止的物体不能持续提供有效的刺激和信息，因此人眼对它们的视觉感知就快速消退，变成一片灰白。

这时，有一个疑问也就跃然纸上，当我们盯着十字架和红点时，它们也是静止的，为何没有消失呢？你是不是已经猜到了答案。

感知不到静止的物体

这一领域的科学家喜欢用青蛙的视觉系统来进行举例。青蛙有一双水灵灵的大眼睛，你可能也有过和青蛙大眼瞪小眼的经历。当你静静地看着它，它似乎也会“毫不畏惧地”看着你。这时，青蛙并不是不怕你，而是它看不到你。又或者说，它们看不到周围任何静止不动的物体，就算是食物——比如一只飞虫，就算它近在眼前，只要静止不动，青蛙也看不到。反而是在飞虫起飞时，青蛙能瞬间迅速察觉，并发起攻击。而你只要动一下，它也会立刻看到眼前你这个庞然大物，立刻跳开。

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这是因为，青蛙的视觉系统只能感知运动的物体和变化的信息的刺激。一些研究者认为，在某种意义上，所有的视觉系统都只能看到移动的物体，包括人的眼睛。而这个结论或许还能进一步推广，人的其他感官都是在感知变化的信息。当运动一旦静止或者变化消失，人似乎也会很快失去对其的感知。这就像，你不会时刻知道你的脚在哪里，手放在哪里。进入房间一会后，你会忽视里面怪怪的味道。而在凉凉的游泳池中待一会后，你就适应了。这些都是人体感觉神经元的适应性。

回到第一节的那个问题，为什么静止的十字架和红点没有消失呢？答案就是，就算我们的双眼直直、牢牢地盯着某个物体，眼睛仍然在不停地动，虽然我们察觉不到。而正是这些眼睛的运动——也称为注视眼动（fixational eye movements），让我们对这个物体的感知并不会褪色。

不过，注视性眼动发生的范围很小，只集中在中央视觉区（即人眼直接注视的区域），也就是十字架和红点所在的区域，覆盖不到彩色和灰色圆环所在的外围视觉区（Peripheral Vision）。不过即便是在非注视的情况下，人眼也会有一些微小的运动，例如自发性眼震、眼跳等等。而在睡觉期间，眼睛也会进行一些活动，我们熟悉就有快速眼动睡眠阶段。

眼睛在漂移

注视眼动是一种小幅度的运动，主要分为3种，分别是眼睛的震颤（Tremor）、漂移（Drifts）和微扫视（microsaccades）。检测人眼睛这么微小的活动并不容易。在实验中，研究者首先会要求头部被固定住的参与者持续注视一个小目标。此外，他们还会利用很灵敏的仪器来检测参与者眼睛的活动。眼睛的震颤就由于振幅极小且频率高（40-100Hz），无法通过现有的检测手段来研究。漂移则是在人眼在注视时，出现的连续、似乎无规律的运动。微扫视则指的是在人眼在注视时，出现的非常微小、快速的跳跃运动，这也是此前被研究的最多的一类注视眼动。

图中的曲线为眼球的震颤叠加在漂移上的形成，直线由眼睛的微扫视（快速、像抽搐一般的移动）产生 图片来源于论文

可以想象，当我们极其专注于观察一些细节时，眼睛实际上在又振又跳，还飘来飘去。正如2004年，一篇发表于《自然·综述神经科学》（Nature Reviews Neuroscience）的论文所言，我们的视觉系统中存在一个内在悖论——我们必须固定视线，以看清环境中的微小细节，但是如果双眼真的完全固定了，整个世界又会在我们的视野中消失。而这些注视眼动决定了眼睛内的视觉细胞不会因为看到静止的画面，失去活跃度，让人的视野变得灰白和模糊。

得益于技术的发展，如今德国波恩大学的研究者已经能对眼睛的漂移进行研究。在近期一项发表于eLife的研究中，他们发现漂移不仅可以让人眼随时接受新的刺激，而且很有可能是一种受到控制的、快速而精确的运动。它能持续将我们感兴趣的物体在视网膜上的成像带到人眼最敏锐的中央凹（Fovea），让人拥有更好的视力。

更好的视力

在明亮的光线下，每一个健康、没有视力缺陷的人视力通常能达到1.0，也就是能分辨出6米之外相距约1.75毫米的轮廓。我们十分熟悉的E视力表，就是采用类似的方式来检测人的智力。视力1.0的人的视觉分辨率大概为1角分（arcmin，等于1/60度），这是一个极其小的夹角。

我们能拥有如此好的视力也得益于人视网膜中的黄斑和黄斑中心的中央凹。而中央凹的中心更是人视力最敏锐、色觉最好的区域。这是一个直径大概0.35毫米的区域，这里视锥细胞极其密集，每平方毫米大约有15万个视锥细胞（等于每平方度16997个视锥细胞）。且几乎没有负责暗视觉的视杆细胞。这里也没有任何的血管，这样能保证视锥细胞可以在不受任何色散影响的情况下感测光。黄斑也是视锥细胞分布最为密集的区域，在更外侧的视网膜上，视锥细胞的数量会迅速减少，更多是视杆细胞。

在新发表于eLife的研究中，德国波恩大学的研究者借助自适应光学扫描光检眼镜（AOSLO），首次测量了参与者中央凹的视锥细胞的密度与视觉分辨率阈值的直接关系。在实验中，他们让16名健康参与者进行字母辨别任务，并在这一期间测量了他们的眼睛移动情况。与此同时，他们还进行了更为细致的工作，跟踪了参与者视网膜上视觉刺激的路径，以确定哪些视锥细胞感受器对视力做出了贡献。

这16名参与者都有较好的视力，在他们的中央凹中，视锥细胞密度达到了每平方度10 692至16 997个视锥细胞。视锥细胞密度越高，可分辨的视觉刺激就越小，也就是视觉会更敏锐。不过在实际的测量中，研究者发现了一个令人意外的结果，参与者实际的视力其实比基于中央凹视锥细胞计算获得的视力结果还要好，提高了18%。

那么这些多余的视力是从哪里来的呢？研究者认为这和注视眼动中的漂移有关。在注视眼动期间，眼睛执行更连续的、看似随机的运动——漂移。可以试想一下，当眼睛漂移时，虽然移动十分微小，但会划过中央凹数十到数百个的视锥细胞，它们会感受到亮度的变化。而更多的变化会刺激视锥细胞产生更多的神经活动。而这时，我们的视觉系统似乎就能将这样小的漂移——单个视锥细胞感受到的亮度变化，转化为额外信息，让我们能更清晰地看见物体的位置和形状。

不过，研究者也发现了一个有趣的现象，那就是较小的漂移，会提高视觉的敏锐度，但是较大的漂移反而会让参与者的视觉敏锐度降低。他们还发现这种漂移并不是随机的。这个过程的发生，或是由于眼睛的神经系统在几百毫秒内，精细调整漂移运动，使得视觉刺激可以持续进入眼睛的中央凹，进而增强视网膜采样，提高了人的视力敏锐度。

不仅眼睛是可以通过微小的运动来提高我们的视力，现在的一些投影仪和相机也会通过抖动的方式来增加画面和视频的分辨率。像素抖动技术就是通过微小位移，通常是亚像素级别的位移，来增加图像的分辨率。这就像是，通过微小的位移（或者称为“抖动”）来生成多个图像帧，然后将这些帧叠加在一起，从而实现更高的分辨率。在投影仪中使用的DMD芯片就是其中的一个典型。

这个借助微小抖动创造出的更精细世界，你了解了吗？