一、光学成像

光线通过角膜、瞳孔、晶状体，最终聚焦在视网膜上。

角膜提供大部分屈光力（约三分之二），晶状体负责调节焦距（睫状肌改变晶状体的曲率，让我们能看清远近不同的物体）。

瞳孔调节进光量——强光下缩小，暗处放大。

二、光转导：视网膜的感光细胞

视网膜有两种主要的感光细胞：

视杆细胞（Rods）：

  • 数量多（约 1.2 亿），分布在视网膜周边；
  • 对光极其敏感，可在微弱光线下工作；
  • 不能分辨颜色；
  • 因此，夜晚我们主要靠视杆细胞视物，看到的是黑白的世界。

视锥细胞（Cones）：

  • 数量少（约 600–700 万），集中在中央凹（Fovea）；
  • 需要较强的光线；
  • 分三种，分别对短波（蓝）、中波（绿）、长波（红）最敏感；
  • 负责色觉和高空间分辨率。

为什么看星星时"用余光看更清楚"：微弱的星光主要激活视杆细胞，而视杆细胞集中在周边——所以把视线稍微移开，反而能看到更暗的星。

光转导的机制

感光细胞中有视蛋白 + 视黄醛（维生素 A 的衍生物）组成的感光色素。

光子被吸收后，视黄醛发生构象变化（顺式转反式），激活视蛋白，引发级联反应，最终关闭细胞膜上的钠离子通道，使细胞超极化——减少神经递质的释放。

一个反直觉的点：感光细胞在黑暗中是去极化的（持续释放递质），光照反而使其超极化（减少释放）。这与多数神经元相反。

三、视网膜的初步处理

视网膜不是简单的"底片"，它已经做了大量信息处理：

  • 光感受器 → 双极细胞 → 神经节细胞；
  • 水平细胞和无长突细胞提供侧向连接，形成中心—周边拮抗的接收野。

这种结构让神经节细胞对对比度（明暗差异）敏感，而不是对绝对亮度敏感。

这解释了马赫带效应等视觉现象——我们看到的世界，是经过"边缘增强"处理的。

信息压缩：1.2 亿个视杆细胞、600 万个视锥细胞的信息，最终通过约 100 万根视神经纤维传出——已经做了大幅压缩。

四、从视网膜到大脑

  • 视神经 → 视交叉（鼻侧纤维交叉到对侧）→ 外侧膝状体（LGN）→ 初级视觉皮层（V1）。

V1 的神经元对特定朝向的边缘、特定空间频率、特定运动方向敏感。

此后分两条主要的通路：

  • 腹侧通路（"是什么"）：到颞叶，负责物体识别和形状感知；
  • 背侧通路（"在哪里"）：到顶叶，负责空间位置和运动感知。

更高层的皮层处理更复杂的特征：面孔、场景、文字等。

关键：视觉是"建构"的

我们看到的不是"世界的照片"，而是大脑基于有限的感官输入建构出来的解释。

这就是为什么会有视错觉——大脑的"猜测"在特定情况下与物理现实不符。

经典的例子包括：

  • 盲点：视神经穿出视网膜的地方没有感光细胞，但我们"看不到"这个洞——大脑用周围的信息填补了它；
  • 色彩恒常性：在不同光照下，我们仍认为白纸是白的（大脑自动"白平衡"了）。

说明：本文为视觉科学的公开知识整理。