人们常说：耳听为虚，眼见为实。的确，人类超过70%的感觉信息都来自视觉系统。视觉研究一直是神经科学中的一个重要分支。通过视觉研究，我们得以更深入地理解视觉原理、治疗视觉系统的疾病，并推动艺术、商业发展。

仔细观察上图。当你注目于明暗交界处，是不是会感觉明区更亮，暗区更暗，从而觉得明暗交界线更加突出？这就是马赫带现象。

马赫带这个名字源于最早发现这种现象的奥地利物理学家Ernst Mach（1838—1916）。又过了将近一百年，美国生理学家Haldan Hartline发现并揭示了马赫带现象背后的原因，他也因为对视觉和视网膜生理功能的研究成果，与另外两位科学家共同获得了1967年诺贝尔生理学或医学奖。

人的视网膜主要由光感受器（视锥细胞和视杆细胞）、中间层（水平细胞、双极细胞和无长突细胞）、神经节细胞组成。其中，光感受器是视网膜内的感光细胞，负责感受视野中的部分区域的光线，对应区域被称为细胞的感受野。

光感受器将光信号转换为电信号并传递到下一级细胞——双极细胞。在这个过程中，有一类被称为水平细胞的抑制性细胞，能够反馈一个抑制信号给其周围的其它光感受器，造成双极细胞的中心——周边拮抗的感受野。

类似地，在双极细胞向下一级细胞——神经节细胞传递信号时，也会有另一类细胞起到侧抑制的作用。神经节细胞的感受野也是中心——周边拮抗的。在马赫带中，这样的周边拮抗结构使亮的一侧被加强而显得更亮，暗的一侧被抑制而显得更暗。

马赫带效应在我们的生活中有着广泛的应用。摄影、绘画等艺术活动中，有不少创意都源自于此。而马赫带现象不过是众多视错觉现象中的一个，可见人类视觉系统里有多少奥妙有待探索。

每一次“看见”，背后都有大量的信息捕手和传送员在工作。神经节细胞将信息传出视网膜（Retina）后进入大脑，经由外膝体（LGN）传递到初级视皮层（V1），再通过顶侧（Dorsal）和腹侧（Ventral）两条通路，构成主要的视觉成像通路。其中，顶侧通路被认为主要处理物体的运动信息，而腹侧通路主要处理物体的图像信息。

诗人王勃的名句“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”中，前半句和顶侧视觉通路关系密切，而后半句与腹侧视觉通路更为相关。

不管是昔日的诗人还是今天的你我，在欣赏景色时看到的都是由落霞、孤鹜、秋水、长天和其他景物共同构成的完整情境。这意味着我们的视觉系统能够精妙地处理很复杂的信息。

在视觉中枢中，单个细胞可以提取一定的特征，不同的细胞进行组合可以提取更复杂的特征。这一观点在上世纪五十年代末期得以证实，其中最重要的突破性实验证据之一是美国科学家David Hubel和Torsten Wiesel在猫的V1中发现了具有方位选择性的神经元，即这些神经元会分别对特定的条纹方位产生强烈的响应，而对其它方位的响应则弱很多。这一现象提示，视皮层细胞的感受野同样存在中心－周边拮抗的特性，其形状呈现长条形特征。Hubel and Wiesel因此在1981年获得诺贝尔生理学或医学奖。

虽然方位选择性看起来是一个非常简单的特征，但许多这样的特征组合起来可以实现令人惊叹的功能。例如，科学家发现在猴子的颞下皮层，有专能识别脸部的细胞，对不同的脸的响应非常特异，并且不受脸部朝向等因素的干扰。

也就是说，无论是猴子的脸或表情图，当相应的形状组合起来很像人脸时，都会被辨认为脸，这主要是是颞下皮层区的细胞在起作用。

视觉系统的缺陷集中体现在眼科问题，即视觉信息输入障碍。

有的疾病发病于视网膜，比如视网膜色素变性（又称色素性视网膜炎），就源于视网膜光感受器的渐进性死亡，是一种非常复杂的遗传病。目前科学界已经发现了88个可能致病基因，上千种突变，治疗难度很大。近年来的热门治疗策略之一，是植入视网膜假体。常见的假体多通过外置摄像机、内置二极管等电子元件感光，其中的一个技术难点是在体内的生物环境下，电路仍需要长期维持稳定。还有一种方式是采用新型材料代替失去的光感受器进行光电转换，比如利用金-二氧化钛纳米材料来产生光电流，目前在实验动物视皮层中已经可以记到长期光反应。

虽然视觉神经科学发展已久，我们对视觉系统的认识也在持续走向深入，但仍然有很多问题有待探索。科学家期待着进一步了解视觉原理，使得我们能更好地“眼观六路”。