大自然中的競爭,人類成功的原因之一,無疑要歸功于我們的大腦。盡管人類大腦占據(jù)了身體重量的僅2.5%,但卻占用了身體大約25%的氧氣供應(yīng)。因此,大腦可以說是人體最耗能的器官。然而,讓人感到驚訝的是,我們大腦中約65%的活動用于處理眼睛所接收的信息。如果將大腦比喻為人體的中央處理器(CPU),那么眼睛就占用了這個CPU 65%的內(nèi)存。
一、為什么眼睛需要如此強大的內(nèi)存呢
眼睛是一項令人嘆為觀止的器官,可以毫不夸張地說,它是人體僅次于大腦的第二大強大器官。這種強大體現(xiàn)在眼球的發(fā)育上,從出生時起,眼球的大小已經(jīng)發(fā)育完全。
為了支持這一強大的器官工作,人體中最強大的肌肉是那些用于移動眼球的肌肉,這些肌肉的控制能力幾乎是其他肌肉的100倍。
我們常常說眼睛疲勞需要休息,但事實上,眼睛從來沒有真正休息過,它在白天和晚上都在不停地工作,需要休息的只是眼球周圍的肌肉。
盡管眼睛的硬件令人驚嘆,但更令人印象深刻的是它的功能。眼睛的主要任務(wù)是成像,將周圍的信息以圖像的形式傳送到大腦,然后由大腦分析并協(xié)調(diào)身體的其他部分做出反應(yīng)。
二、眼睛的成像原理
眼睛的成像原理類似于凸透鏡的成像,但它實際上是一個高度復(fù)雜的系統(tǒng)。光線進(jìn)入眼睛后,會經(jīng)過一系列眼部結(jié)構(gòu)如角膜和晶狀體的折射和調(diào)整,最終在視網(wǎng)膜上形成圖像。
這些實際光線匯集形成的圖像稱為實像,其特點之一是圖像是倒立的,這意味著眼睛傳送給大腦的信息是倒置的。
然而,我們之所以沒有感覺到自己生活在一個倒立的世界中,是因為我們的大腦適應(yīng)了這種倒置。實際上,如果我們將頭倒轉(zhuǎn)來看世界,大腦也可以適應(yīng)這種“顛倒”的視覺。
凸透鏡成像的另一個常見應(yīng)用是照相機,因此人們經(jīng)常將眼睛與相機進(jìn)行比較。盡管兩者在許多方面無法直接比較,但從像素的角度來看,我們可以進(jìn)行一些粗略的比較。
數(shù)碼圖像的分辨率通常用像素數(shù)量來表示。某些現(xiàn)代手機可以拍攝分辨率為12032x9024像素的圖像,這意味著手機攝像頭具有超過1億像素的分辨率。
根據(jù)科學(xué)家羅杰·克拉克(Roger Clark)博士的說法,人眼的數(shù)碼圖像分辨率約為5.76億像素。他的計算方法相對簡單,根據(jù)人類的視覺能力,我們的眼睛在充足光線的條件下可以區(qū)分0.6角分的細(xì)微差異。因此,他提出了0.3角分的等效像素大小。
此外,每只人眼的水平視野角度在120°到180°之間,垂直視野角度約為60°,因此兩只眼睛一起最多可以拍攝分辨率為120x120x60x60的圖像。
需要注意的是,人眼的像素與數(shù)碼圖像的像素有著根本性的不同。人眼能夠分辨的細(xì)節(jié)受到我們視野中心區(qū)域的限制,而外圍區(qū)域主要用于感知運動物體。
因此,盡管人眼可能達(dá)到5.76億像素的數(shù)值,但這個數(shù)字并不反映實際的圖像質(zhì)量,而只是基于我們的視覺分辨率。
眼睛的像素概念雖然有趣,但更重要的是,眼睛的視覺分辨能力。人眼能夠分辨出0.6角分的微小間隔,而且可以識別大約500種不同的灰度陰影,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過某些計算機屏幕上能夠顯示的256種不同的灰度陰影。
此外,人類的雙眼視覺協(xié)同作用,使我們能夠感知深度。盡管眼睛的成像本質(zhì)上是2D的,但大腦通過整合兩只眼睛的視覺信息來創(chuàng)建深度感。
這種立體視覺使我們能夠感知物體的遠(yuǎn)近和距離,特別適用于近距離的視野。這一深度感是通過兩只眼睛同時傳輸圖像到大腦并比較它們之間的微小差異來實現(xiàn)的。
當(dāng)圖像超出5米遠(yuǎn)時,我們的大腦開始依賴相對尺寸和運動來確定深度,因為雙眼視覺對于近距離物體的距離感知效果最好。
有趣的是,對于許多捕食者來說,它們的眼睛通常位于頭部的前方,就像人類一樣,這種進(jìn)化有助于創(chuàng)造立體視覺。通過將兩只眼睛的圖像傳送到大腦,我們能夠推斷出物體的距離。
最后,盡管眼睛所收集的信息需要經(jīng)過大腦進(jìn)一步處理,但眼睛占據(jù)大腦內(nèi)存的比例是有道理的,因為它提供了我們感知世界的主要途徑。