為什麼我們的眼睛總是能保持同步轉動?
簡而言之,我們的雙眼之所以能保持完美的同步性,要歸功於神經元和肌肉之間不斷提高的聯動能力。和大多數動物一樣,人類擁有兩隻眼睛。這樣的配置有兩個很好的理由。
我們的每隻眼睛都有6塊肌肉控制其不同方向的運動,大腦對這些肌肉的控制使雙眼能保持相同的注視方向約翰斯·霍普金斯大學的眼科學教授大衛·蓋頓(David Guyton)說:“首先是有了備用的眼睛,以防發生事故。其次是所謂的深度知覺,這是一種可以幫助我們捕獵的演化特徵。”所謂深度知覺,亦稱立體知覺或距離直覺,是指人對物體遠近距離的直覺。然而,如果兩隻眼睛不能完美地同步運動,就會導致複視,即把一個物體看成兩個物體的視功能障礙。那麼,身體是如何確保我們的雙眼總是一起轉動的呢?
大腦利用一個反饋系統來精細地調整控制眼睛的肌肉長度,從而防止複視。蓋頓表示,這一系統能產生非常精確的眼球運動。根據《加拿大醫學協會雜誌》(Canadian Medical Association Journal)2005年的一篇評論,我們的每隻眼睛都有6塊肌肉控制其不同方向的運動,而且兩隻眼睛的每一塊肌肉都必須同時被觸發,才能協調一致地運動。“你可以想像一下,這真的非常令人驚奇,”蓋頓說,“大腦具有一個組織非常良好的神經系統。隨著時間的推移,大腦學會了應該對12塊肌肉發出多少刺激,使雙眼能夠看向想要的注視方向。”
這不是天生的,而是後天獲得的能力。“嬰兒通常在三到四個月內就能掌握,”蓋頓說,“大多數人會一直保持到80多歲。不過隨著時間的推移,我們會因為衰老而慢慢喪失這種能力。 ”
當肌肉之間稍微變得不同步時,反饋學習迴路就開始發揮作用。這種情況在人的一生中會不時發生,導致輕微的複視。有時這是因為某隻眼睛的一塊肌肉比另一隻眼睛相應的肌肉稍長。蓋頓表示,這也許只是因為眼肌速度的差異。這些奇怪的視覺感知通常是非常溫和的,人們甚至不會有意識地註意到它們,但大腦會注意到這些看似微不足道的差異,並試圖進行糾正。“在不到一秒的時間內,大腦會讓眼睛反向移動,重新調整它們,”蓋頓說,“如果它們繼續朝同一個方向移動,則它們之間的相對位置就不會改變,因此也就繼續處於不同步的狀態。”
在重新調整的過程中,大腦使用自身收集的數據來微調控制眼球運動的肌肉的靜止長度。例如,大腦可能意識到其中一塊肌肉比相應的另一塊肌肉長得更快,此時“大腦會自動繪製一張地圖,然後用它來改變肌肉的長度,以緩解錯位,這種情況會持續數周到數月,”蓋頓說道。至於身體是如何將這張大腦地圖轉化為肌肉變化的,目前還不清楚。
目前我們已知的是,大腦通過這個反饋過程一直保持警惕,不斷完善著眼球的運動。事實上,這些肌肉的長度調整得如此頻繁,以至於它們中的大部分蛋白質都形成不到一個月。“眼肌中蛋白質的半衰期只有10到15天,因此肌肉一直在更新換代,”蓋頓解釋道。