視覺系統

在此章節，將由簡單的視覺系統基本構造切入，回顧與注意力功能相關的視覺訊息處理模 式。

2.1.1 視覺構造

眼睛為人類接收訊息的重要器官之一，外界的光線刺激透過眼睛內的視網膜轉變為神經訊 號，傳遞到大腦，使得我們得以「看見」外界事物。而眼睛的構造通常和相機相比喻，角膜（cornea）

和水晶體（lens）為相機調整焦距的鏡片組；虹膜（iris）為相機調整光線進入量的光圈；視網 膜（retina）則為相機內感光的底片。

眼球內徑約1.7 公分，由外而內分別由鞏膜、脈絡膜及網膜所包住，如圖 2-1-1-1 所示。鞏 膜是高密度而強韌無彈性的組織，可以維持眼球的形狀，外表呈現白色，內面為棕色，有血管 和神經嵌在其中。脈絡膜為一佈滿血管的柔軟膜層，前端變為三種結構：睫狀體、懸韌帶及虹 彩。角膜下有一層彩色環即為虹膜，虹膜可使瞳孔（pupil）擴大或縮小。虹膜和瞳孔的後方為 水晶體，形狀類似一放大鏡的圓盤，光線進入眼睛時，由水晶體將之折射聚集在眼球後方的視 網膜上，邊緣的睫狀肌（ciliary muscles）可使水晶體鬆弛變厚，以看見近距離的東西；或將之 拉緊，使其焦距變長，以看見遠方之物。充滿在水晶體和視網膜之間的玻璃液（vitreous）為透 明無色膠狀物，佔眼球內腔的五分之四，約4.6 毫升，內含水份約 99%，具有支撐眼球壁的作 用。而最後投射在視網膜上的影像，為上下左右顛倒的。

圖 2-1-1-1 眼球構造，改自 Goldstein, 1999

視網膜是由數層神經細胞構成，據估計，人類眼球中約有一億兩千萬個桿細胞（rods）和五 百萬個錐細胞（cones）位於視網膜最外層，負責將光刺激轉換為神經訊號。桿細胞分佈於整個 視網膜上，但只在微光或昏暗時發生作用，且無法分辨顏色。而錐細胞絕大多數（約99%）集 中於中央小窩附近，即視軸和視網膜交叉點附近，視覺在此也最為敏銳。

光線刺激經由錐細胞和桿細胞轉換為神經訊號後，透過兩極細胞（bipolar cells）和節細胞

（ganglion cells）將訊號做初步整理。節細胞的軸突集中組成視神經，經由視網膜上的視盤（optic disk）離開眼球，往大腦傳送訊號。（圖 2-1-1-2）

圖 2-1-1-2 視網膜構造，改自 Goldstein, 1999

兩眼視神經離開眼球後，於視交叉（optic chiasm）會合，將眼球左右側之訊號分別傳至側 膝核（LGN, lateral geniculate nucleus），之後再輻射至大腦皮質的 V1 區（如圖 2-1-1-3）。側膝核 是位於視丘上的神經組織，左右各一，各分六層，內側兩層主要處理深度、運動知覺相關訊息，

又稱MLGN（Magno layers LGN）；外側四層主要處理色彩和形狀相關訊息，又稱 PLGN（Parvo layers LGN）。

圖 2-1-1-3 視覺訊號傳導路徑，改自 Goldstein, 1999

而由側膝核傳出的訊號最後會到大腦枕葉的V1 區。於此區，Simple Cells 將點狀視野組合 成條狀視野，並對不同方向敏感；Complex Cells 針對特定方向移動敏感；End-Stopped Cells 針 對線段端點敏感等等，V1 中遍佈對各種不同特徵敏感的偵測器。與形狀處理有關的 V1 細胞投 射到V2 細胞做進一步高階的邊界處理（陳一平，1999）。

在經過V1 與 V2 的處理後，和物體運動與位置相關的訊息會繼續往大腦頂葉的 V3、MT 等區域進行，此路徑稱為Parietal pathway 或 Where pathway（何處路徑）；而關於色彩、形狀相 關的訊息則往大腦顳葉的V4、IT 等區域傳遞，此路徑稱為 Temporal pathway 或 What pathway

（何物路徑）。

圖 2-1-1-4 視覺訊號處理過程，改自 Goldstein, 1999

而其中V1 具有最詳細的空間表徵，視覺注意力的搜尋動作最有可能在 V1 的空間表徵上進 行。

2.1.2 視角與視域

視角（visual angle）是視覺目標的兩端與眼球的光學節點（nodal point）所形成的角度（圖 2-1-2-1），視角是以弧度表示（1 弧度 = 60 弧分 = 3600 弧秒），與目標物和眼的距離（D）與長 度（L）有關：

α = 2 × arc tan ( 0.5 × L × D^-1 ) （單位：度）

視角小於10 度時，可用下列近似公式表示：

α = 57.3 × L × D^-1 （單位：度）

視域（Visual Field）為雙眼（靜態時）可看見的區域（圖 2-1-2-2），視域亦以弧度表示大小，

眼球僅對視域中心約1 弧度之中心目標調整焦距，視域約可分為三區：

1. 中心目標（明晰區）：1 弧度視角。

2. 中區：1 至 40 弧度視角。

3. 外區：40 至 70 弧度視角。

人眼無法看清中區物體，但可看見強烈的明暗對比與運動，外區為前額、鼻、頰所限制，

外區內物體如不移動不太為人所注意。（張一岑，2004）

圖 2-1-2-1 視角示意圖 圖 2-1-2-2 視域示意圖

2.1.3 視覺範圍

所謂最大視覺範圍是指，若頭和眼保持不動，視野所及之區域。單眼視物時（假定為右眼）， 視覺範圍是右方104 度，左方 60 至 70 度。若眼球允許轉動，則視覺範圍可擴大至左右各 166 度。當然，視覺範圍可藉頭部或身體的轉動，更進一步擴大。（Bailey, 1995）

而人類的視野範圍，根據視覺軸心角度可分為：1-2 度的 foveal vision，10 度以內的 parafoveal vision 以及超過 10 度的 peripheral vision。敏銳的視覺區域只存在於中央小窩（fovea）所能涵蓋 之1-2 度視角中，在如此小範圍的角度內，視力才能精準的分辨事物，而超過中央小窩 1-2 度視 角之外的區域（parafovea）所產生的視覺影像就較模糊，但仍可以被偵測到某些形式的訊號。

人類之所以需要眼球的運動，乃由於大部分網膜的解像力（resolving power）很差，而空間敏感 度（spatial sensitivity）最高的部位集中於中央小窩附近，為了要看清楚目標則必須移動視線，

使目標物影像正好坐落於兩眼敏感度最高的中央小窩處，藉由大量的個別注意檢視細節，將所 有的圖像訊息組合而成整體的影響知覺。而大部分情況下，眼球的移動方向與注意力的聚焦目 標是一致的。

2.2 視覺訊息處理模式