視覺(vision)的奧祕

視覺(vision)的奧秘 4-19-2010
據生理學家估計，人每天接受外界的各種刺激，其中大約80％是經由視覺(vision)傳導到我們的大腦皮質。由此不難想像大家把眼睛稱為「靈魂之窗」絕對是當之無愧的描述。
話說平均距離地球一億五千萬公里外的太陽，經過核融合反應，產生不計其數的光子(photons)。有一些光子在經過八分半鐘的太空旅行，照射到地球表面，再經地表物體的反射後，有些各種波長不同的光子進入我們的眼睛，於是我們就看見了影像。
聽起來好像就是這麼一回事，但實際上這是一連串複雜到令人難以置信的反應之綜合，容我簡述如下。
一、光線→視網膜(retina)：
這一部分經過的解剖構造，完全像以前的單眼相機。試比較如下

二、光能→電能
這部分有點像物理學上的光電效應，但是光電效應只是光子的能量激活了電子。(更簡單的說，就是我們每天使用的遙控器的原理。)
而光能在視網膜上的光接受器(photoreceptors)包括視桿細胞(rods)及視錐細胞(cones)中如何轉變成電能(接受器電位)？可能比光電效應要複雜許多。
最少有十步以上的化學反應，而每一步驟的反應時間都在nano sec 到 μsec之間，因為是極快速的反應，所以我們只要一睜開眼，不到0.1秒就能清楚的看到影像。十步以上的化學反應所以能極快速的發生，是因為每一步都有酵素(enzymes)的催化，這些不同的酵素都須不同的基因(genes)表現，不同的genes又可能存在於不同的染色體上，各位網友想想，是一種甚麼樣的機制(mechanism)？使這一切發生得井然有序，絲毫不亂呢？所以常常聽人說起：只要到了細胞學以下的層級，達爾文(Charlies Darwin)那一套「物競天擇，適者生存」的演化理論就完全的不適用了。換言之，這一連串複雜的生化反應，到底是如何分秒不差，按步就班的完成的，至今仍是個謎。
三、 接受器電位→視覺傳導路徑→大腦皮質(主要在枕葉)
很多網友都有玩數位相機的經驗，就算這種高科技的現代產物，當我們在照遠照近，或拍照太亮太暗的景像時，我們還是必須撥到不同的選擇鈕，這樣才會有理想的照片出現。
而我們的視覺徑路就只有一種，可是數位相機上的所有功能它幾乎都可以涵蓋，而且不用做任何按鈕的切換。如何經由視覺傳導路徑產生立體影像？如何增加明暗之間的對比？如何過濾雜訊？這是視覺中最精彩的部份。只是容許我賣個關子，除非網友對視覺生理學有相當程度的了解，例如何謂視區(receptive field)它又可細分好些種類：最基本的是On-center; Off-center etc.否則這一部份請讓我們將它視為奇蹟吧！
從以前在國立醫學大學中教醫科牙科同學開始，到後來教補習班要考生理學研究所的大學畢業的同學為止，視覺一直是我最有研究及興趣的範疇，也最能把這些高材生唬得一愣一愣的。幾乎每一班教完，都會有比較調皮或和我比較熟識的同學來問：「老師，你到底是在講真的還是在呼嚨我們的？」，天地良心，當然是講真的囉。只是有時我自己也會有很深的疑問，這一連串近乎不可能完成的過程，真的是演化的結果嗎？
想起在網路上看到的一則小故事：美國的一個小學老師問學生，在他們心目中最偉大的奇蹟是甚麼？現在的小朋友活潑、自信又常識豐富，馬上就有一堆答案出來：
有人說是美國的大峽谷。
有人說是埃及金字塔。
有人說是中國萬里長城。
更有人說是祕魯印加帝國的馬丘比丘古城。
突然一個女同學小小聲的說：「我認為世界上最偉大的奇蹟是，我們能看見這個世界。」小小年紀，話語充滿禪機。一時間全班鴉雀無聲，老師也不知如何講評。但是各位網友，如果當時我在場，我一定舉雙手贊成那小女生的說法：「I think we can see something, is the biggest miracle of the world.」