我们视觉的能力始于眼睛内光敏感的光感受器细胞。视网膜中一个特定区域，称为中央凹，在提供清晰视力方面发挥着至关重要的作用。在这个区域内，敏感于颜色的锥形光感受器使我们能够注意到即使是最微小的细节。这些细胞的浓度因个体而异。此外，当我们专注于一个物体时，我们的眼睛会进行微小的、持续的运动，这也因人而异。来自波恩大学医院（UKB）和波恩大学的研究团队探索了这些细微的眼动与我们清晰视力及锥体排列之间的关系。通过利用高分辨率成像和微心理物理学技术，他们展示了眼动经过精细校准，以优化锥体的取样。这项研究的结果最近发表在期刊eLife上。
人类通过将目光投向一个物体来实现清晰的视觉，这得益于视网膜中心的一个小区域，称为中央凹（来自拉丁语，意为“坑”）。该区域包含了密集排列的光敏感锥形光感受器细胞，每平方毫米的浓度超过200,000个锥体——所有这些都在一个大约200倍小于25美分硬币的区域内。这些微小的中央凹锥体对视觉场进行取样并将信号传输到大脑，类似于散布在相机传感器表面的像素。
然而，存在一个关键差异：与相机传感器像素不同，中央凹中的锥体并不是均匀排列的。每个人的眼睛在中央凹内都有独特的密度模式。此外，“与相机相比，我们的眼睛是不断且无意识地移动，”波恩大学眼科部门AOVision实验室主任兼跨学科研究领域（TRA）“生命与健康”的贡献者沃尔夫·哈门宁博士解释道。这种持续的运动即使在我们平稳地注视一个静止物体时也会发生。这些注视性眼动通过引入来自光感受器的不断变化信号来传递复杂的空间细节，而大脑必须对其进行解释。众所周知，这些注视性运动的一个方面被称为漂移，可能因人而异，较大的眼动可能会影响视力。然而，漂移与中央凹光感受器以及我们分辨微细节的能力之间的关系迄今尚未得到彻底研究。
利用先进成像和微心理物理学
哈门宁的研究团队正是通过一种自适应光学扫描光眼底镜（AOSLO）进行了这项研究，这是德国唯一的一种同类设备。这种仪器的卓越精度使研究人员能够分析中央凹中锥体密度与我们能够感知的细节之间的直接关系。与此同时，他们捕捉了参与者眼睛的微小运动。为了实现这一目标，他们评估了16名健康个体在视觉密集的任务中的视力。该团队监控视觉刺激在视网膜上的移动，以后识别出哪些光感受器细胞对每位参与者的视力有贡献。研究人员，包括来自UKB眼科部门的第一作者珍妮·维滕以及波恩大学的博士生，利用AOSLO视频记录来研究参与者在字母辨别任务中的眼动。
眼动与锥体密度的精确调节
研究表明，人类能够感知的细节比中央凹的锥体密度可能预测的要细致。“这表明，中央凹锥体的空间排列仅部分解释了解析能力，”哈门宁报告道。此外，团队发现轻微的眼动对清晰视力有显著影响：在注视期间，眼睛的漂移运动被精细协调，以使视网膜与中央凹的锥体结构保持一致。“这些漂移运动不断将视觉刺激引导至锥体密度最高的区域，”维滕解释道。总体而言，研究结果表明，在仅仅几百毫秒内，漂移行为调整至具有更高锥体密度的视网膜区域，从而增强了清晰视力。这些漂移运动的长度和方向是关键因素。
根据哈门宁及其团队的说法，这些发现为眼睛生理与视觉之间的基本关系提供了新的视角：“理解眼睛如何最佳运动以实现清晰视觉有助于我们更深入地了解眼科学和神经心理学疾病，以及改善旨在复制或恢复人类视觉的技术解决方案，如视网膜植入物。”
资助：这项研究获得了德国研究基金会（DFG）艾米·诺特计划的资助；卡尔·蔡司基金会（HC-AOSLO）；诺华制药有限公司（EYENovative研究奖）；以及波恩大学开放获取出版基金的资助。
