我們的視覺能力始於眼睛中對光敏感的感光細胞。 視網膜上的一個特定區域被稱為”中央凹”，負責產生敏銳的視覺。 在這裡，對顏色敏感的視錐光感受器使我們能夠檢測到最微小的細節。 這些細胞的密度因人而異。

第一作者珍妮-威滕（Jenny Witten）在物理裝置前。 圖片來源：UKB 的MIB-Center / Volker Lannert

此外，當我們注視一個物體時，我們的眼睛會做出細微而連續的運動，這些運動也因人而異。

波昂大學醫院（UKB）和波昂大學的研究人員現在研究了敏銳的視覺是如何與這些微小的眼球運動和錐體馬賽克聯繫在一起的。 他們利用高解析度成像和微觀心理物理學證明，眼球運動經過微調後可為視錐提供最佳採樣。 研究結果現已發表在eLife雜誌上。

人類能夠將視線集中在一個物體上，從而看清它，這要歸功於視網膜中央的一小塊區域。 這個區域被稱為”中央凹”，由緊密排列的感光錐狀感光細胞拼接而成。 它們的密度最高可達每平方毫米20 多萬個錐體–這個區域比四分之一美元硬幣小200 倍。 微小的中央凹錐體對眼睛可見的視覺空間進行取樣，並將訊號傳送到大腦。 這類似於相機感測器的像素，其表面分佈著數百萬個感光細胞。

人眼中央凹中心密集鑲嵌的錐體感光細胞，與用於測試視敏度的字母相疊加。 顏色表示細胞密度。 圖片來源：波昂大學醫院（UKB），AOVision 實驗室/沃爾夫-哈明寧（Wolf Harmening

然而，有一個重要的區別：與相機感光元件的像素不同，中央凹中的錐體並不是均勻分佈的。 每隻眼睛的中央凹都有獨特的密度模式。 此外，波昂大學眼科系AOVision 實驗室負責人、波昂大學跨學科研究領域（TRA）”生命與健康”成員Wolf Harmening 博士解釋說：”與相機不同，我們的眼睛一直在無意識地運動。”

即使當我們穩定地註視一個靜止的物體時，也會發生這種情況。 這些固定眼球運動透過引入不斷變化的感光器訊號來傳遞精細的空間細節，而這些訊號必須由大腦解碼。 眾所周知，固定眼球運動的一個組成部分，即漂移會因個體差異而不同，而較大的眼球運動會損害視力。 然而，漂移與中央凹感光器的關係如何，以及我們分辨精細細節的能力如何，直到現在還沒有研究清楚。

這正是哈明寧的研究團隊現在使用德國唯一的自適應光學掃描光眼底鏡（AOSLO）進行研究的內容。 由於該儀器具有極高的精確度，研究人員可以研究中央凹中視錐密度與我們所能分辨的最小細節之間的直接關係。 同時，他們也記錄了眼睛的微小運動。

為此，他們測量了16位健康參與者在執行視覺要求較高的任務時的視敏度。 研究小組追蹤了視覺刺激在視網膜上的路徑，隨後確定了哪些感光細胞對每個參與者的視覺做出了貢獻。

研究人員（包括第一作者、來自英國波昂大學眼科系的珍妮-威滕，她同時也是波昂大學的博士生）利用AOSLO 錄影分析了參與者在字母辨別任務中的眼球移動。

研究顯示，人類能夠感知比中央凹錐體密度更精細的細節。

哈明寧報告說：”由此我們得出結論，中央凹錐體的空間排列只能部分預測分辨敏銳度。”此外，研究人員還發現，微小的眼球運動也會影響敏銳的視覺：在定影過程中，漂移眼球運動會精確對準視網膜，使視網膜與中央凹結構同步移動。

漂移運動反覆將視覺刺激帶入視錐密度最高的區域。 研究結果表明，在短短幾百毫秒內，漂移行為就會調整到視錐密度較高的視網膜區域，從而提高視力的清晰度。 這些漂移運動的長度和方向起到了關鍵作用。

哈明寧和他的團隊認為，這些發現為我們了解眼睛生理和視覺之間的基本關係提供了新的視角：」了解眼睛如何以最佳方式運動以獲得敏銳的視覺，有助於我們更好地理解眼科和神經心理疾病，並改進旨在模仿或恢復人類視覺的技術解決方案，如視網膜植入物。

編譯自/ scitechdaily

DOI: doi:10.7554/eLife.98648