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颠覆认知!户外更明亮的光线下看书对眼睛更好?

中国生物技术网

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(图片来源:摄图网)

作者|生物技术君 来源|中国生物技术网(ID:biotech-china)

在户外的阳光下不宜阅读,因为反射光会刺激我们的视网膜,有损视力。这个观点我们从小就已被灌输。

但我们每天睁开眼睛看到的这个世界,反射光的亮度在一天内可以变化10000次以上,在午间左右会达到峰值。由于这些巨大的光线变化,下图中黑底白字“Subway”的白色和黑色部分在中午反射的光要比晚上多1000倍。那么,我们对黑与白的认知怎么会在一天中如此可靠呢?

近日,发表在《Cell Reports》上的一项研究中,来自美国纽约市立大学的研究团队阐明了明亮的光线如何更有效地刺激大脑的视觉区域,从而有助于视力。这一结论颠覆了我们此前固有的观点,即户外明亮的光线下可能更适宜阅读。

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在日常生活中,人眼需要分辨边界清晰的物体,也需要分辨边界模糊的物体。后一种分辨能力就成为对比敏感度。对比敏感度和视敏度是评估视觉疾病和导航功能的重要指标。视敏度是人眼分辨物体细微结构的最大能力。

其实,对比敏感度不仅用于视觉分辨,像作家和音乐家还使用对比敏感度来强化文字和旋律的显著差异。在视觉世界中,亮度对比指的是光刺激源与其周围环境之间的光线强度的差异。对比度越大,越容易识别,比如在白纸上的黑字会比灰字更容易阅读。

数十年来,视觉研究的假设一直认为,亮度对比不会随着光线强度变化。也就是说,在白纸上的深色文字被认为在室外(较明亮光线下)与室内(较暗的光线下)会有着相同的亮度对比。很显然,这种亮度对比的稳定性很重要。否则会是什么样呢?如果在不同的光线强度下亮度对比不能保持,那么室内的黑色在室外会变成接近白色样,因为它会反射更多的光。

在这项研究中,纽约市立大学视光学院生物与视觉科学系的研究团队通过测量初级视觉皮层神经元的亮度反应功能发现,亮度反应随亮度范围和黑白刺激的变化而变化。增加光照量对大脑视觉皮层的开启和关闭功能有相反的影响。

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该结果证明,长达数十年历史的假设是不正确的,甚至还可能会导致严重的测量误差;而这些误差对基础研究、眼科诊疗,以及依赖于精确视觉对比的多学科产生影响。例如,它可能导致对眼部疾病患者的视敏度测量不准确、影响医学图像的对比度渲染或导致为视障人士和老年人设计的设施测量不准确。

这项研究表明,当我们在视觉环境中导航时,我们的大脑会不断调整其视觉响应以适应亮度范围的变化。与视敏度一样,对比敏感度强烈依赖于光线的强弱。增加光照量会使眼睛对周围暗刺激源和亮刺激源的对比敏感度向相反方向转变。增加光量提升了眼睛对最暗对比度的分辨力,例如,使阴影中的细微差别更容易被看到;同时也显著削弱了眼睛对最亮对比度的分辨力,例如,你很难分辨一辆被擦的锃光瓦亮的汽车车身最亮面反射亮度之间的差异。

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该研究结果还表明,视觉皮层对比敏感度的明暗差异与自然界中的明暗对比差异紧密匹配,包括它们对亮度范围的依赖性。

从日出到日落,亮度范围在自然界中变化了几个数量级。这些缓慢的时间变化调整了视觉皮层神经元的对比度反应功能,以捕捉每个亮度水平上最具信息量的对比度。知道两个明亮镜面的反射光在明亮的海面上具有不同的亮度是无意义的优势;但夜间微弱的亮度变化可能是捕食者靠近的信号。因此,视觉皮层需要发出对比度和亮度变化的信号,这两个皮层信号持续相互作用,有效地对我们的视觉世界进行采样。

研究人员称,这些新发现也可以用来改进现有的图像处理算法和视觉对比度指标。

因此,这项研究的结论是,阅读对象的亮度改变了我们对明暗对比度的敏感性,从而更有效地从自然场景中提取信息。因此,在更明亮的光线下阅读能更有效地刺激视觉皮层,让你更好地看清文字,并有助于你的视力。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108692

编者按:本文转载自微信公众号:中国生物技术网(ID:biotech-china),作者:生物技术君


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