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親愛的,即使眨眼我的大腦也一直追逐妳的身影

看著心儀的女孩常常讓人忘了時間,連眼睛都捨不得眨一下······但這幾乎是不可能的,你一定會眨眼。不過你幾乎不會意識到大腦是多麼努力的在你每個眨眼瞬間,為你「預測」周遭影像的變化、命令眼球轉回正確的位置,好讓她的倩影能夠在你的視網膜上完美成像,不會模糊得讓你心慌慌。

你或許會認為你之所以能目不轉睛地看著她,都是因為情不自禁,但其實每次你眨眼時,大腦都在幫你自動定位她的倩影。圖/電影《那些年我們一起追的女孩》

無論你再怎麼努力控制,人眼每分鐘都會眨 5~20 次,除非你是花果山十三太保的老大孫悟空。在日常生活中,我們會用「一眨眼」來比喻很短的時間,實際上每次眨眼需要 40~200 毫秒。 眨眼的動作除了能夠潤滑乾燥的眼球,也能幫助淚水分泌、掃除眼球表面的髒污,使眼球免於外來物質的刺激。

孫悟空從南天門一直砍到蓬萊東路,三天三夜手起刀落、手起刀落,一眼都沒眨過,眼睛想必是乾到爆了。圖片/電影《西遊.降魔篇》

眨眼為什麼不會影響我們的視覺成像?

在眼皮開闔的瞬間,眼球會往眼眶內轉個一圈,再回到和眨眼前相離不遠的位置。於此同時,視覺訊息會發生短暫的中斷,視網膜的反應會被視覺系統所抑制,如果在眼皮闔上的同時視覺目標發生了移動、眼睛又沒有察覺,隨著眨眼次數的累積,這樣的偏差就會影響我們的知覺平衡,甚至使我們在應對環境變化時遇上大麻煩。

格里特.莫斯(Gerrit Maus)等人設想,這其中必定有一套校正機制能夠減少每次眨眼的偏誤,使得周遭的事物在眨眼前後完美銜接,好好的投射在視網膜上成像。他們發現:在眨眼時,雖然我們沒有察覺物體的移動,但我們的眼睛卻能透過大腦的自動校正命令,讓眼睛能夠在眨眼之間保持視覺成像的穩定。這份由來自加州柏克萊大學(University of California, Berkeley)執行的研究發表在 2017 年 2 月的《當代生物學》(Current Biology)期刊上[註]。

「我們的眼部肌肉其實又懶又不精確,因此大腦需要持續調整它的運動訊息,以確保我們的眼睛能夠看著他們應該看的地方。」莫斯說。

有史以來最無聊的實驗

十幾名年輕的健康成人參與了莫斯戲稱為「有史以來最無聊的實驗」。受試者長時間坐在暗室裡,盯著螢幕上的一個白點看,遠紅外線攝影機則即時記錄他們的視線固定方向(gaze direction)和瞳孔大小,並且偵測每一個眨眼的瞬間。

每當他們眨眼時,在眼皮闔上、遮蔽瞳孔的瞬間,螢幕上的白點就會往受試者視角側邊移動 0.5 或 1.0 度。每隔 3~4 秒累積一段偏移後,這個白點就會隨機跳到新的位置。

研究方法示意圖。每當受試者在眨眼時闔上眼皮,螢幕上的白點就會往側邊偏移,而攝影機會記錄視線重新對準白點之前眼球的運動。圖/擷取自Maus et al. (2017),原始論文

許多受試者在眨眼期間沒有察覺到白點發生了移動。在適應了將近 50 次眨眼後,受試者的視線位置開始沿著白點移動的方向出現顯著的偏移,而且這種傾向在接下來的幾次眨眼都會出現,即使白點在那之後不再移動了也還是持續著。

而在控制組中,受試者戴上快門眼鏡(shutter glasses)取代眨眼的動作。研究發現,縱使在快門關閉時白點也發生偏移,受試者也能明顯察覺白點的移動,而且也沒有視線沿著白點移動方向偏移的情形發生。也就是說,只有在真正的眨眼時,視線目標的移動才能觸發視線的自動校正。

我還在眨眼,我還沒有睡著~圖/giphy

偉哉大腦!我的視界因你而完整

「大腦會計算我們在眨眼前後所見的差異,然後命令眼部肌肉去做必要的調整。」莫斯說。研究團隊也表示,少了如此有力的動眼機制(oculomotor mechanism)——特別是眨眼時——我們眼中所見的世界將會變得朦朧而飄忽不定。

「我們能夠感知一致而不會有暫時失明的問題,是因為大腦為我們連結這些(視覺的)點。」研究的共同作者、柏克萊大學的心理學教授大衛.惠特尼(David Whitney)表示。「我們的大腦做了很多預測,好讓我們能夠在這個世界自由移動。」另一位共同作者、達特茅斯學院心理學與腦科學教授派翠克.卡維納夫(Patrick Cavanagh)教授表示,「就像是心智的穩定器一般。」

(能夠在眨眼後看清楚這個世界的美好事物,都要感謝神奇大腦努力的校正呀!)

圖/giphy

  • 註:本篇研究內容於 2015 年曾發表於視覺領域之學術期刊《視覺期刊》(Journal of Vision),可參考本文最末段 Maus et al. (2015) 之原始研究連結。

參考資料

原始研究

  • Maus, G., Cavanagh, P., Collins, T., Duyck, M., Lisi, M., Wexler, M., & Whitney, D. (2015). Target displacements during blinks trigger corrective gaze adaptation. Journal of vision, 15(12), 1308-1308.
  • Maus, G. W., Duyck, M., Lisi, M., Collins, T., Whitney, D., & Cavanagh, P. (2017). Target displacements during eye blinks trigger automatic recalibration of gaze direction. Current biology, 27(3), 445-450.

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關於作者

畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。目前在生態演化研究所並且不務正業,以G編的行動代號擔任 PanSci 實習編輯。