来自非洲的图像揭示出人眼进化的奥秘

    泡泡网资讯频道3月8日 早在一千万年前，生活在非洲热带稀树大草原上的人类祖先就开始有意识地观察他们所生存的环境：太阳的升起、草原的起伏、广阔无垠的天空以及野生动物身上的图案……最新的研究表明，这种由许多不同的复杂画面组成的场景影响到了人类眼睛的进化，最主要的是感光锥形细胞的排列方式。这个发现可能会帮助研究者发明出更接近于人类视觉的仪器——高效、精准并能适应周围环境。

电子显微镜下的灵长类视网膜感光细胞

    人类的视网膜包含三种感光锥形细胞，它们按照马赛克的方式排列，分别对红色、绿色和蓝色光敏感。当然，这种马赛克排列并非杂乱无章——之前的研究显示，视网膜能主动适应周围环境，持续演化以便获取最重要的信息。例如，即便是同一个湖泊中的鱼类，由于它们所处水域的深度不同，导致光线被水过滤和折射的角度也不同，为了最有效地检测出自身水域的光线波长，生活在不同深度水域的鱼类其视网膜的排列也有所区别。研究人员称之为“高效编码假说”。

    那么，人类的眼睛是否同样是“高效编码”的呢？看来似乎并非如此。天空和大海在我们生活的自然场景中占有很大比例，然而人类视网膜中只有6％的感光锥形细胞对蓝色敏感，而且它们大多分布于我们视网膜的边缘。至于剩下的锥形细胞中，红色感光细胞与绿色感光细胞的比例随个体差异变化很大。

    为了查明究竟是什么原因导致这种现象，研究人员建立了一个包含5000多张高分辨率图片的数据库，这些图片均拍摄于博茨瓦纳的不同地区，博茨瓦纳被认为可能是人类起源的地方并且目前当地仍有很多其他的灵长类动物。在这个图片数据库里，同一个场景会在白天不同的时段用不同的曝光时间、光圈和焦距反复拍摄。运用一种根据过去对人眼锥形细胞感光原理的研究发展出的算法，调查者计算出了相机所能获取的各种波长光线的光子数量，以及怎样的感光细胞排列才能捕捉到最大数量的光子。

在博茨瓦纳拍摄的5000多张这种照片帮助科学家揭示了人眼进化的奥秘

    这项研究的结果表明，锥形细胞在人眼视网膜的实际排列情况与运算模拟出的结果基本一致：红色和绿色的感光细胞捕获光子的能力强于蓝色感光细胞，这就解释了为什么视网膜中蓝色感光细胞数量如此之少并且还主要分布在视网膜的边缘而不是光线焦点的中心。而红色感光细胞和绿色感光细胞捕获光子的能力相当，因此从生物演化的角度看并没有必要让这两种感光细胞的比例保持严格的相关关系。

    除了解释人类视网膜的演化之外，“高效编码假说”也能帮助研究者开发出具有人类视觉的机器人。目前各种人工视觉（机器视觉）的主要功能依然是尽可能详细而准确地记录图像数据而不是像人类视网膜那样解读色彩和轮廓信息，这就导致人工视觉在陌生环境中识别物体的能力相当有限。开发人员表示，“人工视觉要能应用到各个领域还有很长的路要走。”

    有专家指出，对于众多致力于视觉感知——对比、轮廓识别而非仅仅色彩辨别——的研究者来说，博茨瓦纳数据库作为一项标准将非常有用。至于在非洲拍摄的图像和在世界其他地区拍摄的图像会不会导致截然不同的研究结果目前还不确定，毕竟人类的视觉甚至在外太空也同样好使，未来的研究或许将更加专注于人类的眼睛对不同环境是否也会做出不同的适应这个问题。■