视觉与大脑
视觉皮层是处理视觉信息的大脑皮层,它位于枕叶。从感觉输入始发眼睛行进通过外侧膝状体在丘脑,然后到达视觉皮层。从外侧膝状核接受感觉输入的视觉皮层区域是主要的视觉皮层,也称为视觉区域1(V1),Brodmann区域17或条纹状皮质。纹外的区域包括视觉区2、3、4和5。
大脑的两个半球都包含视觉皮层;左半球的视觉皮层接收来自右视野的信号,右半球的皮层接收来自左视野的信号。
V1:初级视皮层
是位于枕叶上的一块区域,它是大脑皮层中最早接收到视觉信息的部分。V1有六层,其中第四层又分为四个亚层(IVa, IVb, IVcα, IVcβ),每个亚层都接收来自LGN不同层次的投射。V1中最重要的功能单元是简单细胞和复杂细胞。简单细胞位于第三层和第四层,它们对特定位置和方向上具有一定宽度和长度的刺激敏感,并具有明显的兴奋区和抑制区;复杂细胞位于第二层和第五层,它们对特定方向上具有一定速度和长度的刺激敏感,但不受刺激位置的影响。简单细胞和复杂细胞都能够对边缘、方向、运动等特征进行检测,并形成了一种类似于拼图的视觉表征。
V1在处理视觉信息时,不仅起到了初级的特征提取的作用,还起到了一些高级的功能,例如双眼立体视、颜色恒常性和图形连续性等。双眼立体视是指通过比较两只眼睛接收到的不同视角的图像,计算出物体距离观察者的深度信息;颜色恒常性是指通过调节对不同光照条件下的颜色反射率的感知,使得物体的颜色在不同环境中保持一致;图形连续性是指通过填补图像中的空缺或遮挡,使得物体的形状在不完整或不清晰时仍然能够被识别。
V2:次级视皮层
是位于V1周围的一块区域,它是大脑皮层中第二个接收到视觉信息的部分。V2也有六层,其中第四层又分为四个亚层(IVa, IVb, IVcα, IVcβ),每个亚层都接收来自V1相应亚层的投射。V2中最重要的功能单元是超复杂细胞。超复杂细胞位于各层,它们对特定方向上具有一定长度和宽度的刺激敏感,但对刺激位置和速度不敏感,并且具有端点抑制或侧抑制等特性。超复杂细胞能够对角度、长度、宽度、形状等特征进行检测,并形成了一种类似于轮廓的视觉表征。
V2在处理视觉信息时,不仅起到了次级的特征提取的作用,还起到了一些高级的功能,例如双眼立体视、颜色恒常性和图形连续性等。双眼立体视是指通过比较两只眼睛接收到的不同视角的图像,计算出物体距离观察者的深度信息;颜色恒常性是指通过调节对不同光照条件下的颜色反射率的感知,使得物体的颜色在不同环境中保持一致;图形连续性是指通过填补图像中的空缺或遮挡,使得物体的形状在不完整或不清晰时仍然能够被识别。
V3-V5:高级视皮层
是位于V2后方或侧方的一些区域,它们是大脑皮层中进一步接收和处理视觉信息的部分。V3-V5各有不同的功能和特点,其中V3主要负责对形状和大小进行编码;V4主要负责对颜色和纹理进行编码;V5(或称MT)主要负责对运动和方向进行编码。这些区域都能够对更复杂和更抽象的特征进行检测,并形成了一种类似于对象或场景的视觉表征。
V3-V5在处理视觉信息时,不仅起到了高级的特征提取和整合的作用,还起到了一些更高级的功能,例如面孔识别、场景理解和注意力控制等。面孔识别是指通过分析面部特征和表情,识别出人物的身份、情绪和意图;场景理解是指通过分析场景中的物体、空间和关系,理解出场景的含义、目标和动机;注意力控制是指通过选择性地关注某些特征或区域,提高对重要信息的处理效率,并抑制无关信息。
人类大脑是如何处理视觉信息的?
从眼睛到大脑皮层,视觉信息经历了多个层次和步骤,每个步骤都有不同的功能和特点。总体来说,人类大脑对视觉信息的处理遵循了一个由低级到高级、由局部到整体、由具体到抽象、由分析到综合、由感知到认知、由自底向上到自顶而下等多个原则。这些原则使得人类大脑能够有效地处理海量而复杂的视觉信息,并从中获取有用而有趣的知识。
因此,生理视力复健就是视觉过程的教化。也就是说视力是“大脑新皮质的教化”,所以称之为“脑内视力”。