立体视觉是人类视觉系统的一种高级视功能。视网膜只具有二维平缪按的感知功能,但是,大脑感知的图像为三维独享,视觉系统如何利用二维的双眼视差信息来判断三维空间的深度呢?

  立体视觉的形成包括二个阶段:一阶段是抽取双眼物像中的某种基元,然后利用这些基元进行匹配,并检测出视差信息;第二个阶段是从视差信息中感觉出深度(立体视觉)。双眼视差是产生立体视觉的生理学基础。位于双眼单视圆上的物体成像在视网膜对应点上,水平视差为零,不能产生立体视觉。然而,在Panum区,物体位于双眼视网膜非对应区域,在视网膜上存在水平视差,能够产生立体视觉,垂直视觉差岁能被融合,却不能产生立体视觉。神经生理学的研究证实:在猫、猴等动物视皮层区,大部分神经细胞是双眼细胞,双眼细胞存在这感受野的位置差异,可能是由于双眼细胞对视差信息具有抽提作用,因此,推测对视差敏感的双眼细胞是产生立体视觉的神经基础。

  Tyler认为视差信息沿着两条并行通路传递到大脑皮层,他们分别是大细胞通道(Magnocellular简称M通道)和小细胞通道(parvocellular简称P通道)。M通道的细胞主要集中在视网膜周边部,在黄斑中心凹的数量减少,这些细胞有粗大的视网膜神经纤维,主要承担大视差和低空间频率的知觉信息,与动态立体现的形成有关;P通道的细胞主要集中在黄斑中心凹,在视网膜周边部数量减少,细胞的神经纤维直径较。饕械4菪∈硬詈途噶⑻迨泳跣畔,与静态立体视的形成有关。V1区传到P通道的视觉信息到V2区。在V2区包含对颜色运动敏感的绝大部分神经细胞,它们对中等视差敏感。V1区也传到M通道信息到V3区,V3区对动态立体视的形成起重要作用。对视差敏感的神经元也存在于MT区(中颞区),MT区内的大部分神经元对运动敏感,但是对物体的形状和颜色不敏感,专门处理空间物体的运动和深度信息,与动态立体视的形成有关。Poggio发现与整体立体视(global stereopsis)有关的神经元存在于猴子中央视皮层V1和V2区,约20%的神经元对中央眼随机点立体图对发生反应,即这些神经元只对“正确”双眼匹配信息发生反应。

  神经生理学已证实:人类的立体视是由交叉视差、非交叉视差和零视差组成。Pettigrew等研究了猫双眼视差信息在视网膜—外侧膝状体—视皮层通路的加工过程。结果表明:视差信息经由X、Y、W三种通道分别进行处理。X通道对注视平面内的双眼视差信息加工投射到17区;Y通道对交叉视差信息编码后投射到17区和18区;W通道对非交叉视差信息编码后投射到19区。

  两眼视网膜获得的视差信息向视觉中枢传递和加工的过程中,外膝体、胼胝体特别是视皮层在立体视形成过程中起着主要作用。实验证明,若切断动物胼胝体,立体视锐度明显降低。现在研究认为外膝体接受双眼兴奋性输入的细胞比较少,而接受一眼兴奋性反应而另一眼抑制反应的细胞比较多,可能与外膝体各层细胞之间存在着抑制、易化等信息调节有关。视皮质纹状层是双眼神经纤维进入视皮层的一个交叉部分,存在这两个接受区域:位置差和相位差。在视差编码方式中,位置差和相位差机制同时存在。在一般情况下,视差编码以相位差为主,以位置差为辅,而在高频率视差细胞中,可能以位置差为主,以位置还为辅,二者相辅相成。Poggio和Fischer在猴的17区和18区发现60%—70%的神经细胞是对视差敏感的双眼细胞。证明立体视的加工始于纹状层。在视皮层对视差敏感的双眼细胞主要有以下几种:

  1. 调谐神经元(Turn neurons)指对视界圆附近很小范围的视差有兴奋和抑制反应的神经元。分为两种:(1)调谐兴奋神经元,分为三种类型:调谐兴奋性近神经元、调谐兴奋性元、调谐兴奋性零视差神经元,分别对交叉视差、非交叉视差和零视差起调节作用;(2)调节抑制性神经元:对零视差具有调节抑制性作用。调谐兴奋性神经元对精细立体视起反应,调谐兴奋性零视差神经元和调谐抑制性神经元可能以互补方式确定Horopter 单视圆。这些神经元是精细立体视觉的神经基元,并对融合机制包括感觉和集散运动提供信息。

  2. 交互神经元(reciprocal neurons):对交叉视差和非交叉视差有交互兴奋和抑制作用的神经元。可分为近神经元和远神经元,前者对交叉视差敏感,后者对非交叉视差敏感。交互神经元是粗略立体视觉的神经基。斡氲骺厮奂⒃硕蚉anum 融合区的范围。

  3. 扁平神经元(flat neurons):对交叉视差、零视差和非交叉视差都敏感的神经元。扁平神经元对各种视差表现为双眼异化现象。