一台眼动仪多少钱（脑智前沿科普）

阿立指南生活指南 2023-06-30 20:06:52 124

你有没有思考过你是怎么看到东西的呢？为了看到环境中的物体，大脑首先需要来自眼睛的信息。一旦有了这些信息，就能用它在脑海中勾勒出一幅周围环境的图像。在很大程度上，我们认为自己非常清楚地看到了周围环境的细节，我们的视觉体验似乎是平滑而连续的。但是，我们很容易忽略眼睛和大脑为创造这种体验所付出的努力。事实上，我们的眼睛一直在移动，为大脑提供周围世界的新信息。但为什么这是必要的呢？在这篇文章中，我们将探索眼睛是如何运动的、为什么会运动，以及大脑是如何通过眼睛捕捉到的快照来创造视觉体验的。

01为什么我们需要移动眼睛？

关于人类视觉，有一个令人惊讶的事实：尽管世界对我们来说是一样的，但我们收集到的视觉信息的清晰度在眼睛的不同部位并不相同。你可以观察一下这个现象：首先，盯着图1中的紫色圆圈，这时你无需移动眼睛就可以轻松读出圆圈周围的字母和数字；现在盯着蓝色方块，你可以用余光看到紫色圆圈，但可能无法再读出它周围的数字和字母。你的眼睛只能收集有限的信息，视野模糊的部分称为外围(periphery)，视野中心最清晰的部位称为中央凹(fovea)。中央凹位于眼睛重要的内层-视网膜的中心。中央凹由一种叫做感光细胞的特殊细胞组成，这是视网膜能收集视觉信息的一个非常重要的原因。

图1. 视觉清晰度在眼睛的不同部位都不相同

将页面保持在正常阅读距离，当你能直接看紫色圆圈时，你可以轻松读取它周围的数字和字母；当你盯着蓝色方块时，仍然可以看到眼角的紫色圆圈，但无法再读取数字和字母。当你看眼角的东西时，你正在使用你的外围。当你直视物体时，你的视野最好，这是因为你的中央凹位于眼睛的中心，可以让你看得最清楚。

当光线进入眼睛时，它首先穿过角膜，这是眼睛前方的透明圆顶(见图2)；然后进入瞳孔-眼睛中心的黑色开口；接着光线继续进入晶状体，这是眼睛中帮助正确聚焦光线的一部分；最后光线穿过眼睛内部称为玻璃体的主要部分，这个腔室充满了一种叫做玻璃体液的凝胶状物质。穿过玻璃体的光聚焦在视网膜上，呈现出清晰的图像。位于视网膜上的光感受器将光信息转化为大脑理解的神经信息。

图2. 眼睛的内部结构(侧面)

光线首先穿过角膜—眼睛前方的透明圆顶，然后穿过瞳孔—虹膜中间的一个黑色的开口。当光通过眼睛内部称为玻璃体的部分后，晶状体将光聚焦在视网膜上。中央凹是视网膜中心的一个小区域，在那里有许多特殊的感光细胞，这些细胞帮助你看得更清楚。

光感受器有两种。视杆细胞是对低水平的光敏感的光感受器，即使在环境相对较暗的情况下它也能帮助我们看到周围的环境；视锥细胞是携带颜色信息并在明亮的环境中形成非常清晰的视觉的光感受器。中央凹是视网膜中心的一个小空间，有许多视锥细胞紧密排列在一起。远离中央凹的区域具有较少的视锥细胞。视锥细胞排列在中央凹的方式解释了为什么我们的视野中心是最清晰的。但这种排列也存在一个问题！因为中央凹很小，它只能传递关于世界有限区域的大脑信息。但是我们的注意力经常被周围的东西吸引，中央凹不能同时集中在一个以上的区域。

为了弥补中心凹的有限尺寸，研究人员进行了许多称为眼跳的快速眼球运动[1]。眼跳是由双眼做出的短暂、不平稳的动作，它改变了从一个地方到另一个地方凝视的方向。凝视包含你的眼睛看向哪里以及你的头部位置在哪里。当重新定向你的视线时，中央凹可以专注于一个新的位置，并为大脑提供有关视觉环境中的物体的清晰信息。例如，当你查看此页面时，你正在阅读的文字(以及它周围的一些词)位于中央凹提供的清晰区域中。为了继续阅读文章，你的眼睛需要进行小型跳动，以便对新区域(文字)聚焦。因为你经常需要移动中央凹的位置来清楚地看到你想要看的东西，你的眼睛必须每秒做三次眼跳。这意味着你的眼睛比你的心脏跳动更频繁！

虽然你可以在一天内进行成千上万个眼跳，但是眼跳并不是眼睛表现的唯一一种行为。在每次眼跳之间是一段短暂的休息，称为固定。固定使眼睛有机会专注于正在看的内容，以便你可以清楚地看到。在固定期间，眼睛向大脑发送有关环境细节的信息。大脑可以一点一点地利用这些信息绘制出周围世界的全貌。想要亲自观察固定和眼跳，你可以尝试下面这个游戏：找一个伙伴站在镜子前面。首先看看你自己的镜像，当你的眼睛休息时，你可以看到自己的脸；现在将眼睛转移到脸部的不同部位。你看不出自己的眼睛在移动！但是，如果你在同伴移动他/她的眼睛时看着他/她的镜像，你就能够观察到你朋友的眼睛会产生许多快速且不稳定的眼跳。

如果你的眼睛经常快速移动，你为什么注意不到它发生了？在眼跳期间世界看起来不应该模糊吗？即使你的眼睛不断地进行短暂快速的运动，你的大脑也会构建一个流畅而稳定的环境表征形式。当你的眼睛移动时，你不会有意识地识别进入大脑的视觉信息。这使你可以清楚、稳定地看到世界，但这并不意味着不存在任何信息。虽然这个过程尚未被很好地理解，但科学家们认为在眼跳期间收集的视觉信息存在于大脑皮质区域。大脑皮质可以存储眼跳期间收集的信息，但它不是大脑中涉及眼睛运动的唯一区域。

眼跳的神经控制

眼跳和固定共同作用，为大脑提供构建世界图像所需的信息，但大脑参与控制眼睛下一步移动的位置。大脑需要告诉眼睛应该移动多远以及向哪个方向移动。当某些东西吸引你的注意力并引导你将中心凹朝向它时，两个对告诉眼睛何时以及如何移动非常重要的大脑结构是上丘和额叶视区。

称为上丘的大脑区域从眼睛、耳朵和其他感官获取信息，并使用信息将眼睛移向引起你注意的事物[2]。例如，如果你在学校或在房间的角落听到火灾警报响起，你甚至想都不想，眼睛可能就会朝着那个声音的方向移动。上丘告诉你的眼睛什么时候移动以及向哪移动，它也能帮你控制转动头部和肩部的方式。这很重要，因为有时候你想看的东西可能超出了你的眼球运动范围。例如，如果噪音从你身后吸引你的注意力，你需要移动更多的身体而不仅仅是你的眼睛才能看到造成噪音的原因。

大脑另一个称为额叶视区的区域，对帮助你将眼睛移向你想要观察的区域非常重要[3]。根据目标和环境中物体的视觉特征，大脑的这一部分为眼睛制定计划，以便知道如何移动以及向哪移动。额叶视区绘制出环境的视觉特征(例如形状，大小或颜色)以及它们的重要性或显著性。如果你正在寻找一个圆形时钟，额叶视区将形状标记为重要特征。它也可能将一个区域标记为重要特征，如果这个区域非常引人注意，比如在棕色桌子上的粉红色咖啡杯。被认为是最重要的区域将是你的眼睛下一步要移动的地方。现在你已经对眼球运动的原理有了一定的了解，让我们来看看科学家们为什么以及如何研究眼球运动。

02科学家如何研究眼球运动

眼动追踪是一种允许计算机计算眼睛指向位置的技术。这可以让科学家测量你的眼睛所做的眼跳和固定。有几种不同类型的眼动仪，有些眼动仪要求你坐在电脑屏幕前，头部放在下巴托中（见图3a），而其他眼动仪可以贴在眼镜架或护目镜上，以便你可以四处走动。眼动仪通常使用一种小型设备，将红外线（一种人类无法看到的光）投射到你的眼睛。红外光导致角膜上的小反射。位于眼睛前方的相机可以检测到这种角膜反射，并用它来测量眼球运动。

图3. 眼动追踪

(a) 在眼动追踪实验中，参与者将头部放在下巴托中看着电脑屏幕。眼睛跟踪设备由摄像头和红外照明器组成，位于屏幕和参与者之间，记录眼球运动。(b) 在视觉搜索实验期间参与者的视线可能在屏幕周围游走的路径的示例，这个实验需要参与者寻找铃铛。圆圈代表固定，线条代表眼跳。在视觉搜索过程中，知道一个人在看什么可以告诉科学家这个人的注意力在哪里。

眼球运动对科学家来说很有意思，因为一个人在看什么和那个人在想什么之间存在很强的关系[4]。通常，当你查看环境中的对象时，你的注意力也会集中在该对象上。例如，你看向窗外是因为你听到一只鸟在唱歌，你想看看它的样子。你的注意力集中在鸟儿身上，你可能也在想鸟儿的歌是多么令人愉快，或者它的羽毛是一种漂亮的蓝色。虽然凝视和注意力并不总是这样联系在一起，但人们普遍认为你要注意你所看到的物体。

由于眼球运动和注意力之间的密切关系，想要研究注意力如何工作的人经常使用眼动追踪。例如，想要知道产品应该放在哪个位置的店主可能会使用眼动追踪来确定人们在购物时最常查看的区域。眼动追踪的另一个用途是探索人们如何在他们的环境中寻找特定物体，这个研究领域被称为视觉搜索。在视觉搜索实验中，研究人员会要求参与者在一些干扰图像中寻找出目标(特定图片或图像)图像。通过使用眼球追踪器来研究视觉搜索，科学家们可以研究人们在寻找目标时如何选择要注意什么(图3b)。

研究眼球运动不仅帮助科学家们了解眼睛和大脑如何协同工作来观察世界，而且了解了注意力等心理活动的运作方式。眼睛(以及它们的运动)帮助人们收集他们理解环境所需的视觉信息。每次我们移动眼睛，我们都会为大脑提供有关世界事物的重要新信息; 简而言之，我们得到了一个关于周围每个区域内发生的事情的新“快照”。诸如对象的形状，颜色，纹理和边缘等信息。大脑使用这些信息来帮助我们了解周围的世界。例如，我们面前的蓬松的橙色的纹理属于我们需要避免踩踏的猫，我们看到的尖锐边缘是我们需要避免碰撞的桌角。通过研究眼球运动，我们可以看到即使是最小和最简单的运动也会对我们的生活产生重大影响。