文章图片
新研究发现 ， 哺乳动物的视网膜利用分层的方式 ， 把视觉刺激分类为多达约40种分别感应 。 这套天然的系统不仅敏感度非常高 ， 还非常节能 ， 相机技术要达到这样的水平还有很长的路要走 。
美国杜克大学（Duke University）研究组介绍说 ， 像小鼠、猴子等哺乳动物的视网膜 ， 都有好几层的结构 。 每一层分别对例如亮度、暗度、动态等不同的视觉信息敏感 。 每一层都是像马赛克一样拼凑起来的结构 ， 再由多层马赛克拼凑成一幅立体的视觉画面 。 研究人员估计哺乳动物的视网膜把视觉信息分为多达大约40个类别分别感应 。
从研究人员展示的视网膜横截面剖析图看到 ， 顶层是神经节细胞圆形的细胞核部分 ， 每个神经节细胞长长的触角伸到下面 ， 看似错综复杂地盘绕在一起 ， 其实乱中有序 ， 这些触角共同组成了上面提到的各种感应层 。 每个感应层擅长感应不同的视觉信号 。
神经节细胞（ganglion cell）是视网膜内的一种重要神经细胞 。 它的“头部”是圆形的细胞核 ， “身体”就是长长的突触结构 。 这些突触像树枝一样还有很多分支 。 它们盘根错节地挤在一起 ， 就像盆栽植物的根部长得过于茂盛的景象 。 这些突触共同组成多个“马赛克”结构的神经感应层 。
在这个厚厚的马赛克感应层下面 ， 还有另一层神经节细胞 。 这层神经节细胞的突触向上伸入神经感应层 。 研究人员认为 ， 这层神经节细胞根据突触抵达的深度 ， 输出开和关的信息 。
【诺贝尔化学奖|最新研究结果表明：生物视网膜敏感度极高而且节能】“这些突触就像地址映射系统一样工作 ， 根据达到的不同深度反馈不同的信息 。 ”主要研究员之一杜克大学神经生物学助理教授菲尔德（Greg Field）说 ， “实际上 ， 它们抵达较深的地方即返回‘关’的信号 ， 抵达较浅的地方返回‘开’的信号 。 如此 ， 视网膜有很多感应器共同探测周围立体的世界 。 ”
菲尔德说 ， 视网膜天然形成这样的结构 ， 工作效率很高 ， 而且很节能 。 研究人员发现其中一个原因是 ， 在较多环境噪音的情况下 ， 这些细胞自动会过滤掉噪音信息 ， 有目的地选择重要的信息读取 ， 这导致视网膜成像很节省能量 。
研究人员举例说 ， 例如在很暗的房间里 ， 大部分环境信息都是无用的“噪音”信号 ， 视网膜的神经节细胞会自动调整 ， 只选择对较亮的物体进行感应 。
这种天然的机制有着神奇的妙处 。 菲尔德说 ， 如果你是一只小鼠 ， “周围环境中容易看见的东西一般不会威胁你的生命安全 ， 往往是那些不易觉察的物体藏着危险的信号 。 视网膜具有这样的功能 ， 根据环境自动调节对不同视觉信号的敏感度 。 ”
研究人员把视网膜成像消耗的能量和智能手机的相机对比 。
比如一个5兆像素、五分之一英寸的手机相机耗电1.92×10?1?瓦 。 人眼视网膜成像 ， 在明亮的环境下大约耗能1.27×10?11瓦 ， 只是手机相机的大约6% 。 在昏暗的环境下 ， 人眼耗能增加到大约5.08×10?11瓦 ， 仍然远低于相机耗能 ， 而且 ， 人眼视网膜具有捕捉单光子光源的能力 ， 目前任何手机的相机都办不到 。
研究者表示 ， 了解哺乳动物视网膜复杂的工作机制 ， 对研发视网膜假体、设计出更先进的相机等都具有重要意义 。这份研究9月28日发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS） 。
推荐阅读
- 揭秘陶乐德事件：男子在拘留室离奇消失，难道平行时空真的存在？
- 青藏高原将停止增高，后果不可承受，我们却未感到危机
- 寻求气候变化的确定性：要多少才足够？
- 少见！今年十五的月亮，不是十六圆
- 科学家在大型强子对撞机上寻找难以捉摸的基本粒子
- 地球果真出了大问题？火山爆发后出现神秘现象，科学家紧急发声
- 简述相对论发展史：从伽利略到引力波
- 重磅！英美科学家对奥密克戎病毒11个最新判断！对全球意义重大！
- 15000年前海底金字塔被发现，科学家推测：中华文明前身是MU文明
- 人的气运竟然真的存在？科学家竟然已经证实！