一份新研究發現眼睛對光線的反應，不僅取決於光線的強弱，還和這道光線在極短的時間內能量推送的方式相關。這項發現為視覺研究開拓了新的領域。
視覺是一個複雜的感知過程，裡面包括了物理學、生物化學、生理學、神經學等等多個學科的知識。簡單地說，視網膜接收光線，視覺神經把電流脈衝信號傳遞給大腦，在大腦裡面成像。
以前科學家只知道，視覺效果和單位時間內進入眼睛光線的能量大小，或者說光子的數量相關。這份新研究發現這和能量在非常微觀的時間軸上輸送的快慢方式也有關係。
這份研究的第一作者瑞士日內瓦大學（UNIGE）應用物理系的高立爾（Geoffrey Gaulier）說：「視覺感應過程，是從視網膜細胞邁出第一步開始的。當視網膜接觸光線，視網膜細胞發生形變。這觸發一個複雜的機制，在視覺神經內產生神經脈衝。」
人們感覺眼睛成像的過程就是一瞬間的功夫。可是仔細分析起來，每個階段都需要花費一定時間。
為了解第一步所需要的時間，物理學家從實驗室培養皿內的視網膜細胞上測出了答案。研究人員把視網膜細胞分離出來置於實驗室的比色皿內，用雷射測試發現，視網膜細胞在50飛秒內即可做出反應。
這份研究的主要作者之一瑞士日內瓦大學（UNIGE）的物理學家沃爾夫（Jean-Pierre Wolf）說：「一飛秒與一秒的差距，相當於一秒與宇宙年齡的差距。這個速度太快了。我們希望了解，這麼快的反應是由於細胞被分離出來在體外看到的結果，還是在活體組織內也會反應得這麼快？」
為了進一步回答這個問題，這份新研究找到生物學家幫助。他們給小鼠戴上隱形鏡片，並觀察其視網膜電圖（electroretinogram）信號。沃爾夫說：「這個方法，無需侵入式手術，能夠測量傳給視神經的信號強度。」
當光線衝擊視網膜，在電子放大器的幫助下，研究人員可以看到角膜上出現的電壓。結果顯示，在小鼠身上視覺的第一個步驟發生的速度與視網膜細胞被分離出體外的情況下一樣快。
接著，研究人員改變光脈衝的形狀查看視網膜的反應。「我們送出相同的能量、相同數量的光子，但是改變光脈衝的形狀。有的短一些，有的長一些，有的是分片的形狀等等。」高立爾說。
光脈衝的形狀指的是，即使在單位時間內輸送相同的光子數量，在微觀時間軸上也有很多區別，比如這些能量可以是每次推送較多、間隔時間長一些；也可以是每次推送少一些，間隔時間短一些；還可以是在短時間內密集地推送多次、間隔一段時間後再次密集地推送等等。視網膜對這些不同光脈衝的反應各不相同。
研究人員還使用各種顏色的光按照不同的順序推送進行測試，發現各種顏色推送時間上的順序，也會影響視網膜做出的反應。
沃爾夫說，視網膜的反應不同，意味著它傳遞給大腦的電流也出現強弱的不同。也就是說，即使相同能量的光線進入眼睛，在微觀時間軸上能量推送的方式、以及光線顏色出現的順序，都可能影響最後的視覺成像。
「了解這些信息有助於我們改進眼睛的成像效果。」另外，研究人員也可以依此開發新的眼疾診斷和治療方法。
這份研究4月28日發表於《科學進展》（Science Advances）期刊。◇
