有位业余天文爱好者,喜欢在晚上到万籁无声的荒野中去遥望星空,他的目光在夜空中来回搜索,以找到他所钟爱的远方那颗若隐若现的星星。他发现,在看到这颗星星以后,把目光偏离一些会看得更清楚。
就这样观察了两年多,突然有一天他惊慌失措地发现那颗星星消失不见了。他用尽了各种办法,都没法找到那颗星星。这时,他想起最近他老是觉得在晚上开车有些困难。有时候他看不清远方的车子正驶离而去,有时候则看不清旁边疾驰而过的汽车。迎面而来的汽车灯光也会使他眼花缭乱。看电影也开始成了问题,因为他很难适应电影院里的昏暗。在其他方面他也发生了一些问题。就在一周前,他到一家餐厅用餐时撞到了桌子,还被东西绊了几次。但他读书看报并没有什么问题,在光线充足的地方他的视力也没有出什么问题,因此他对这些倒也没有太在意。但是看不到他心爱的星星却让他震惊。这使他想起了他父亲,他父亲在晚年几乎完全瞎了,既不能开车,也不能阅读。这一切究竟是怎么回事呢?
故事得从视网膜上的感光细胞讲起。视网膜上大概有一亿个感光细胞,它们可分成两大类:视杆细胞和视锥细胞(图 2.5)。视杆细胞的前端呈杆状,视锥细胞的前端则呈圆锥状。在感光细胞里面有称为视色素的蛋白质,它们可以吸收光线而引起一连串生化反应,最后使细胞膜超极化。正是这种电位变化引起其后的神经细胞的电位也发生变化,最终产生神经脉冲向视觉中枢传送。
图2.5 视杆细胞和视锥细胞 [1]
在人的视网膜中,视杆细胞的数目大约有 9 000 万个,而视锥细胞大概只有四五百万个。在视杆细胞中只有一种视色素,它对光非常敏感,即使在非常昏暗的条件下也能工作,不过它不能区分颜色,空间分辨率也低。正常人视锥细胞中的视色素可以分成三种,分别对三种不同波长的光最敏感,所以它们可区分颜色,而且空间分辨率也高,但是它们只有在光照明亮时才能工作。在视网膜中心有一块微微凹陷下去的区域,称为中央凹。在中央凹的中心完全没有视杆细胞,都是视锥细胞,因此中央凹在昏暗的条件下实际上是瞎的。这就是为什么看黯淡的星星时,如果把目光对准星星所在的位置反而看不见的道理,因为这时星光正落在中央凹处。偏离中央凹,视杆细胞渐渐增多,到大约离中央凹中心 20°处达到峰值,然后又渐渐减少。所以,如果把目光偏离 20°左右,让星光所落之处正是视网膜上视杆细胞密度最高的地方,就能看见黯淡的星星。但是在大白天,如果要看清某个对象的细节和颜色,就要把目光对准这个对象,使它的像落在中央凹的视锥上。绝大多数的视锥细胞都集中在中央凹处。
这位业余天文爱好者,正是患上了一种与视锥细胞和视杆细胞相关的遗传病。随着年龄的增大,其视网膜上的感光细胞逐渐死去,且视杆细胞又比视锥细胞先受到影响,因此这种患者首先是在昏暗的条件下,特别是用余光看东西时出了问题。