以下文章经授权转载自《对话》，这是一个报道最新研究的在线出版物。
人眼经过优化，在白天具有良好的颜色视觉，在夜间具有高灵敏度。但直到最近，视网膜中的细胞似乎都接反了，光线必须穿过大量的神经元，才能到达感光视杆细胞和视锥细胞。 在美国物理学会会议上发表的新研究揭示了这种令人费解的结构具有显著的视觉增强功能。
大约一个世纪前，人们发现了视网膜的精细结构。视网膜是眼睛的感光部分，覆盖在眼球内部。视网膜的后部包含感知红色、绿色和蓝色的视锥细胞。在视锥细胞中分布着视杆细胞，它们比视锥细胞更敏感，但却是色盲的。
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在到达视锥细胞和视杆细胞之前，光线必须穿过视网膜的整个厚度，包括其神经元层和细胞核。这些神经元处理图像信息并将其传输到大脑，但直到最近，人们还不清楚为什么这些细胞位于视锥细胞和视杆细胞的前面，而不是在它们后面。这是一个长期存在的难题，更甚的是，所有脊椎动物都存在神经元位于光探测器之前的相同结构，这显示了进化上的稳定性。
莱比锡的研究人员发现，也横跨视网膜深度并与视锥细胞相连的神经胶质细胞具有一个有趣的特性。这些细胞对新陈代谢至关重要，而且它们的密度也比视网膜中的其他细胞高。在透明的视网膜中，这种较高的密度（和相应的折射率）意味着神经胶质细胞可以像光纤电缆一样引导光线。
选择性视觉
考虑到这一点，我的同事阿米凯·拉宾和我建立了一个视网膜模型，并表明神经胶质细胞的方向性有助于提高人类视觉的清晰度。但我们也注意到了一些相当奇怪的事情：最能穿过神经胶质细胞的颜色是绿色到红色，这是眼睛白天视觉最需要的颜色。眼睛通常会接收到过多的蓝色——因此蓝色敏感的视锥细胞较少。
进一步的计算机模拟表明，绿色和红色光通过神经胶质细胞集中到各自的视锥细胞中的程度是蓝色光的五到十倍。相反，过多的蓝色光会被散射到周围的视杆细胞中。
这个令人惊讶的模拟结果现在需要实验证明。我们与以色列理工学院医学院的同事合作，测试了光线如何穿过豚鼠的视网膜。与人类一样，这些动物在白天活动，它们的视网膜结构也得到了很好的表征，这使得我们可以像对人类一样模拟它们的眼睛。然后，我们将光线穿过它们的视网膜，同时用三维显微镜扫描它们。我们对可见光谱中的27种颜色进行了此操作。
结果很容易注意到：在视网膜的每一层，我们都看到光线不是均匀散射的，而是集中在少数几个点上。这些点从一层延续到另一层，从而形成了从视网膜入口一直延伸到检测层视锥细胞的细长光柱。与平均强度相比，光线在这些光柱中的集中度高达十倍。
更有趣的是，神经胶质细胞最佳引导的颜色与视锥细胞的颜色完美匹配。视锥细胞不如视杆细胞敏感，因此这种额外的光线使它们能够更好地发挥作用——即使在较低的光照水平下也是如此。与此同时，没有很好地被神经胶质细胞捕获的较蓝的光线会散射到附近的视杆细胞上。
这些结果意味着，眼睛的视网膜已经过优化，使得神经胶质细胞的大小和密度与眼睛敏感的颜色相匹配（这本身就是一个适合我们需求的优化过程）。这种优化使得白天的颜色视觉得到增强，而夜间的视觉几乎没有受到影响。当瞳孔在高照度下收缩时，效果最佳，这进一步增强了我们颜色视觉的清晰度。
以色列理工学院的埃雷兹·里巴克不为任何可能从本文中受益的公司或组织工作，也不为其提供咨询、拥有股份或接受其资助，并且没有相关的隶属关系。