苏珊的故事
苏珊3个月大的时候,被诊断为斜视,左眼看物体时,右眼会向内转,而右眼看物体,左眼也会内斜。在2岁、3岁和7岁时,做过3次斜视手术,手术矫正了眼位,绝大部分时间,眼睛外观看起来没有偏斜,也能正常看东西,左右眼视力都有1.0,苏珊认为自己的视力很完美。
然而,苏珊上大学后,在一次神经科学讲座上才知道,自己的视觉方式异于他人,缺少一种基本的视觉方式,自己没有立体视。
立体视的形成
我们有两只眼睛,但看到的景象却只有一个。由于左右眼被鼻子分开,它们看物体的角度也就稍有不同。大脑负责将双眼图像融合起来。对于大多数人,这个融合过程毫不费力。两只眼睛共同看向空间同一位置,双眼图像信息在大脑中结合,形成一幅轮廓清晰、细节分明、三维立体的景象。
立体盲
然而,斜视患者很不幸。由于眼睛偏斜,双眼无法共同看向空间中同一位置,造成左右眼图像差异过大,大脑很难将两幅图像融合。
斜视患者面临着严重的认知功能障碍:他们必须从左右眼冲突的图像信息中,努力创造出单一、连贯的外界景象。为了解决这个问题,许多斜视患者会抑制一只眼的输入,仅用另一只眼观察世界。有些患者总是用同一只眼睛,而另一些患者,则会在两只眼睛之间不停地切换,但无论哪种情况,他们永远都无法正常使用双眼。因此,大多数斜视患者,立体视减弱,甚至完全没有立体视。他们是立体盲。
苏珊是立体盲?
苏珊觉得教室看起来并不完全是平的。苏珊看向窗外,能知道哪些树离得更远,因为它们看起来比近处的树要小。窗外的小路伸向远方,看上去好像路变窄了一样。通过这些线索,她可以判断深度和距离。知道世界是三维立体的,然而教授却指出,存在另一种完全不同的视觉方式,可以判断空间和深度。称之为立体视,苏珊无法想象他在说什么。
苏珊查阅资料发现自己可能是“单眼大脑”。视觉中枢的多数神经元,可能只会对一只眼的输入产生反应,而不会对双眼输入产生反应。虽然苏珊的眼睛看起来不像幼儿时期那样明显偏斜,但很累时仍会斜视。苏珊开始怀疑,自己不仅轻微斜视,而且还是立体盲。
之后苏珊去找眼科医生例行检查时,结果显示没有立体视。双眼图像没有融合,只能看见一只眼的图像,苏珊会交替使用左右眼。
惠斯通解释立体视的成因
查尔斯惠斯通,是英国科学家。惠斯通发现,我们两只眼睛在观察视角上的差异,并不是视觉缺陷。相反,这种差异为立体视,或者说深度视觉。
视网膜分成三个区域:中心凹、左侧区域和右侧区域。直接观察一个物体时,它的图像会落在双眼视网膜的中心凹,同时,背景图像也会投射到视网膜的对应区域。设想一下,你正在直接观察图中的玩具方块。左侧泰迪熊的图像,会投射在双眼视网膜右侧对应区域,而右侧的玩具鼓,则会投射在双眼视网膜左侧对应区域。
下图为立体镜,中央区域的两个A,表示夹角为90度的两面镜子。使用立体镜,需要将鼻子放在两面镜子之间的接合处。这样,右眼只能看到E处的反射图像,而左眼只能看到位于E处的反射图像。惠斯通在右侧插槽E中,放入一个物体的图片,就像右眼正常看到该物体一样,而在左侧插槽E中,放入同一物体的图片,就像左眼正常看到这个物体一样。如果这时你看立体镜,大脑就会将两幅图像融合,产生立体视。
做一做
立体视小实验
将下图中的的左右两幅图形“自由融合”,从而使小正方形从页面凸出或后退。
眼睛内转融合两个图形,小正方形会从页面凸出。
如果将视线“穿过”页面进行融合,小正方形则会从页面后退。