以下文章經授權轉載自《對話》，這是一個報道最新研究的線上出版物。
人眼經過最佳化，在白天具有良好的顏色視覺，在夜間具有高靈敏度。但直到最近，視網膜中的細胞似乎都接反了，光線必須穿過大量的神經元，才能到達感光視杆細胞和視錐細胞。 在美國物理學會會議上發表的新研究揭示了這種令人費解的結構具有顯著的視覺增強功能。
大約一個世紀前，人們發現了視網膜的精細結構。視網膜是眼睛的感光部分，覆蓋在眼球內部。視網膜的後部包含感知紅色、綠色和藍色的視錐細胞。在視錐細胞中分佈著視杆細胞，它們比視錐細胞更敏感，但卻是色盲的。
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在到達視錐細胞和視杆細胞之前，光線必須穿過視網膜的整個厚度，包括其神經元層和細胞核。這些神經元處理影像資訊並將其傳輸到大腦，但直到最近，人們還不清楚為什麼這些細胞位於視錐細胞和視杆細胞的前面，而不是在它們後面。這是一個長期存在的難題，更甚的是，所有脊椎動物都存在神經元位於光探測器之前的相同結構，這顯示了進化上的穩定性。
萊比錫的研究人員發現，也橫跨視網膜深度並與視錐細胞相連的神經膠質細胞具有一個有趣的特性。這些細胞對新陳代謝至關重要，而且它們的密度也比視網膜中的其他細胞高。在透明的視網膜中，這種較高的密度（和相應的折射率）意味著神經膠質細胞可以像光纖電纜一樣引導光線。
選擇性視覺
考慮到這一點，我的同事阿米凱·拉賓和我建立了一個視網膜模型，並表明神經膠質細胞的方向性有助於提高人類視覺的清晰度。但我們也注意到了一些相當奇怪的事情：最能穿過神經膠質細胞的顏色是綠色到紅色，這是眼睛白天視覺最需要的顏色。眼睛通常會接收到過多的藍色——因此藍色敏感的視錐細胞較少。
進一步的計算機模擬表明，綠色和紅色光透過神經膠質細胞集中到各自的視錐細胞中的程度是藍色光的五到十倍。相反，過多的藍色光會被散射到周圍的視杆細胞中。
這個令人驚訝的模擬結果現在需要實驗證明。我們與以色列理工學院醫學院的同事合作，測試了光線如何穿過豚鼠的視網膜。與人類一樣，這些動物在白天活動，它們的視網膜結構也得到了很好的表徵，這使得我們可以像對人類一樣模擬它們的眼睛。然後，我們將光線穿過它們的視網膜，同時用三維顯微鏡掃描它們。我們對可見光譜中的27種顏色進行了此操作。
結果很容易注意到：在視網膜的每一層，我們都看到光線不是均勻散射的，而是集中在少數幾個點上。這些點從一層延續到另一層，從而形成了從視網膜入口一直延伸到檢測層視錐細胞的細長光柱。與平均強度相比，光線在這些光柱中的集中度高達十倍。
更有趣的是，神經膠質細胞最佳引導的顏色與視錐細胞的顏色完美匹配。視錐細胞不如視杆細胞敏感，因此這種額外的光線使它們能夠更好地發揮作用——即使在較低的光照水平下也是如此。與此同時，沒有很好地被神經膠質細胞捕獲的較藍的光線會散射到附近的視杆細胞上。
這些結果意味著，眼睛的視網膜已經過最佳化，使得神經膠質細胞的大小和密度與眼睛敏感的顏色相匹配（這本身就是一個適合我們需求的最佳化過程）。這種最佳化使得白天的顏色視覺得到增強，而夜間的視覺幾乎沒有受到影響。當瞳孔在高照度下收縮時，效果最佳，這進一步增強了我們顏色視覺的清晰度。
以色列理工學院的埃雷茲·裡巴克不為任何可能從本文中受益的公司或組織工作，也不為其提供諮詢、擁有股份或接受其資助，並且沒有相關的隸屬關係。