从这一页抬起头，扫描你面前的场景。你的眼睛四处扫视，将不同的物体带入视野。当您阅读这篇文章时，您的眼睛会跳动以使每个单词都清晰对焦。您会意识到，甚至可以控制这些眼球的大幅度运动，科学家称之为扫视。但是，即使当您的眼睛显然固定在某个物体上——例如，树木、面孔或单词上——它们也在您没有意识到的情况下不易察觉地移动。最近的研究表明，这些微小的、潜意识的眼球运动对于视觉至关重要。
如果您能够以某种方式阻止这些微小运动，那么您所注视的任何图像都将从视野中消失。事实上，在一天中的大部分时间里，您都会失明。尽管这些眼球运动长期以来一直困扰着科学家，但直到最近，研究人员才开始意识到它们的重要性。确实，我们现在已经获得了强有力的证据，表明最大的这些不自主的游走，即所谓的微动眼震，对于日常视觉至关重要。
微动眼震也为影响视力和运动的神经系统疾病提供了新的线索。更令人感兴趣的是，它们可以作为窥探您思想的窗口。这些看似随机的眼球移动并非完全随意：它们可以指向您的思想秘密关注的地方——即使您的目光 направлен в другом направлении——揭示隐藏的想法和欲望。
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昏昏欲睡的凝视
几个世纪以来，研究人员都知道眼睛一直在移动。例如，1860年，德国医生兼物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹提出，“目光游移”可以防止眼睛后部的几层细胞——视网膜——变得疲劳。
您附近的移动可能表明捕食者正在靠近或猎物正在逃脱。动物神经系统已经进化到可以检测到这种变化，这会促使视觉神经元发出电化学脉冲。由于不变的物体通常不会构成威胁，因此有些动物对静止不动的物体视而不见；回想一下《侏罗纪公园》中的霸王龙。例如，停在墙上的苍蝇对于青蛙来说是不可见的，但是一旦苍蝇飞起来，青蛙就可以用舌头抓住它。神经科学家杰罗姆·莱特文和他在麻省理工学院的同事在他们1959年的经典论文“青蛙的眼睛告诉青蛙的大脑”中指出，如果食物不动，青蛙“会被周围的食物饿死”。
正如亥姆霍兹正确提出的那样，不变的刺激会导致神经元逐渐停止对输入的反应，这种现象被称为神经适应。神经适应通过减少不接收新信息的神经元中的代谢来节省能量，但它也限制了我们可以感知的内容。尽管人类的视觉神经元可以适应不变的刺激，但与青蛙相比，我们的视觉系统可以更好地应对变化的缺乏，因为即使我们注视，人类的眼睛也会产生自身的运动。注视性眼球运动——包括漂移和震颤以及微动眼震——将整个视觉场景在视网膜上移动，促使视觉神经元采取行动并防止静止物体消失。
1804年，瑞士哲学家伊格纳茨·保罗·维塔尔·特罗克斯勒首次报告说，故意专注于某物会使周围区域中静止不动的图像逐渐消失。您每天都会体验到这种消失现象，因为有目的的凝视可以短暂地减少注视性眼球运动。因为您将眼睛集中在正前方的任何事物上，所以您不会注意到这个问题。
在1950年代后期，研究人员首次确定了微动眼震的感知作用：在抑制所有眼球运动以长时间稳定视网膜上的图像后，他们叠加了类似微动眼震的运动，并发现这样做恢复了正常的视力。然而，其他研究团队努力复制结果。几十年来，许多视觉科学家甚至怀疑微动眼震是否在维持和恢复视力方面发挥了作用。
摇醒
然后在1990年代后期，研究人员尝试了另一种方法。他们开始研究微动眼震可能在大脑中产生的神经元反应（如果有）。从1997年开始，我们与哈佛医学院的诺贝尔奖获得者大卫·H·休伯尔一起，训练猴子盯着计算机显示器上的一个小点，显示器上还在屏幕的其他位置显示了一条光条。当猴子盯着看时，我们记录了它们的眼球运动以及来自两个视觉大脑区域的神经元的电活动：外侧膝状体核（视网膜和大脑视觉区域之间的中继站）和大脑后部的初级视觉皮层。这些实验于2000年和2002年发表，表明微动眼震增加了来自两个视觉区域神经元的脉冲率。它们通过将静止的刺激（例如光条）移入和移出激活给定神经元的视觉空间区域来实现这一点。微动眼震本质上有助于刷新图像以防止其褪色。其他研究人员在视觉系统的其他部分记录了类似的效果。
几年前，我们开始使用一种不同的技术将微动眼震与可见性联系起来。在特罗克斯勒褪色任务的一个版本中，我们要求人们注视一个小点，并在看到周边视觉中的黑白斑块时释放按钮。当斑块消失时，他们按下按钮。当每个人自然地更加专注和减少专注时，斑块会消失然后重新出现，因为他们在执行任务时。与此同时，我们使用高精度视频设备测量了他或她的眼球运动。
受试者的微动眼震在目标消失之前变得不太频繁和更小，这表明较少的微动眼震或非常小的微动眼震会导致褪色。此外，微动眼震在目标重新出现之前变得更加频繁和更大。结果于2006年发表，证明这些微小的跳跃抵消了静止物体的视觉褪色，并且更大的微动眼震产生最佳的可见性。并且由于我们的眼睛在扫视之间休息的时间超过四分之三，因此微动眼震对于我们在大部分清醒时间看到事物至关重要。
沃尔多在哪里？
与扫视一样，微动眼震也可能参与在场景中搜索某物。我们与巴罗神经病学研究所的同事一起，要求参与者观看马丁·汉德福德的书《沃尔多在哪里？》中的图片，并在他们成功找到沃尔多时向我们报告。与此同时，我们记录了他们的眼球运动。我们发现，当人们发现沃尔多时，微动眼震的频率最高。结果于2008年发表，揭示了微动眼震与我们搜索场景的方式之间的直接联系。
我们进一步确定，无论他们是在寻找沃尔多，随意地进行视觉探索，还是在解决《生活》杂志的图片谜题，人们倾向于产生大约间隔200毫秒的重复扫视或微动眼震。由于这些不同类型的眼球运动以相似的间隔发生但并非同时发生，我们认为相同的神经结构可能产生两者。视觉科学家马丁·罗尔夫斯和他在德国波茨坦大学的同事进行的补充实验使他们提出，上丘（大脑中直接负责将眼睛和头部转向环境中物体的区域）可能触发扫视和微动眼震。
这个假设在2009年获得了强烈的神经生理学支持。上丘以视觉空间的地图排列，因此尾部（后部）部分的活动产生远离凝视中心特定方向的大扫视，而头部（前部）部分的活动驱动朝向凝视中心附近眼睛位置的小扫视。神经科学家齐亚德·M·哈菲德和理查德·J·克劳兹利斯（当时在索尔克生物研究所）以及法国马赛地中海认知神经科学研究所的洛朗·戈法特记录了来自上丘头部部分单个神经元的脉冲，发现它们也触发了微动眼震。在研究人员用药物阻断了大脑这一部分的输出后，微动眼震率下降，证实了该结构在产生这些运动中的作用。
结合罗尔夫斯团队和我们团队以及其他团队早先进行的行为研究，这些发现表明，扫视和微动眼震以类似的方式产生。理解大脑中产生微动眼震的结构可能会使科学家们更接近于理解我们感知物体并在繁忙的视觉场景中定位它们的能力背后的引擎。这种知识也为我们提供了一个在大脑中寻找问题发生的位置。
错误的目光
为了正常观看，上丘以及神经系统的其他部分必须校准您的眼睛在注视时移动多少。正如我们所见，这些微小移动太少会导致静止的物体消失。但是运动过多会导致视觉模糊和不稳定。了解动眼神经系统如何实现这种平衡，有一天可能会使医生能够在神经系统某些疾病发作时进行调整。
例如，异常的注视性眼球运动通常伴随着弱视，这是年轻人中最常见的失明形式。患有弱视的人即使眼睛在身体上正常，也可能难以看清细节，因为大脑视觉部分的异常发育。在严重的弱视中，微动眼震太少以及眼睛过度漂移会导致即使一个人专注于某物时，视觉场景的很大一部分也会消失。在文献报道的一个案例中，一位患有弱视眼的患者“进行扫视以恢复图像中褪色或空白的部分”。扫视可以抵消弱视患者的褪色这一观察结果可能与我们的发现有关，即微动眼震在健康观察者中也具有相同的作用。了解扫视和微动眼震在这种疾病中的作用，有一天可能会产生新的疗法，以改善由此引起的视力丧失。
最近，我们的实验室与凯斯西储大学的神经学家R·约翰·利和亚历山德罗·塞拉合作，研究进行性核上性麻痹（PSP）患者的微动眼震异常，这是一种类似于帕金森病的疾病。在PSP中，患者首先表现出帕金森病症状：他们变得不稳定且经常跌倒；他们的动作减慢；并且他们的身体僵硬。但是，此外，PSP患者在远近物体之间转移视线时会遇到困难。表征这些疾病的症状源于独特的神经元退化模式。在帕金森病中，损失主要发生在黑质中，黑质有助于身体控制。PSP中的凝视困难是由于更广泛的神经元退化引起的，这种退化影响脑干、额叶、基底神经节和小脑。
在初期阶段，PSP通常被误诊为帕金森病，这可能会带来问题，因为治疗帕金森病的标准疗法L-多巴对这些患者无效。在今年早些时候发表的研究中，我们表明，PSP患者产生的眼球运动与健康受试者不同，并且正常的微动眼震在PSP中非常罕见。我们希望我们的发现最终将帮助医生准确而早期地诊断出谁患有这种疾病。此外，这些结果可能有助于研究人员评估目前正在开发中的PSP药物的疗效。
私人的眼睛
除了在视觉中的功能外，微动眼震可能还会揭示我们正在思考的一些内容。即使我们正在看一个东西，我们的注意力也可能 направлен в другом направлении 在其他东西上。最近的研究表明，微动眼震可以揭示此类吸引力的对象，因为微动眼震的方向可能指向它们，而不是完全随机的，即使您的眼睛 направлен в другом направлении 在其他地方。当时在麦吉尔大学的哈菲德和他的同事视觉科学家詹姆斯·J·克拉克要求人们专注于计算机屏幕中间的一个点，但要注意出现在其他地方的另一个点。外围点在每次试验结束时都会改变颜色，并且每个受试者都必须通过按下按钮来报告颜色变化。哈菲德和克拉克发现，受试者的微动眼震 направлен в направлении 他们的注意力。因此，即使您避开这些诱惑，您的微动眼震也可能指向您想吃的美味甜甜圈，或者站在房间对面的有吸引力的男人或女人。这些隐蔽的注意力转移似乎控制了微动眼震的方向。
微动眼震频率也可以泄露您的注意力焦点。计算神经科学家拉尔夫·恩伯特和波茨坦大学的认知心理学家莱因霍尔德·克利格尔发现，当您的视野外围突然出现某些事物时，微动眼震率会短暂下降，然后迅速反弹到比正常频率更快的频率。微动眼震也 направлен в направлении 物体。因此，它们的方向和速率都可以发出吸引您注意的周围环境的突然变化的信号，即使您看向别处。
您还不能通过仔细检查他人的微动眼震来读取他人的想法。只有在实验室工作的科学家才能检测和测量这些微小的眼球运动。假设您不希望您的同事或配偶解码您的想法，那么这个事实可能是受欢迎的。