蛙眼传奇

王谷岩：1940年11月生于河北省唐山市，中国科学院生物物理研究所研究员，科普作家。研究领域为视觉生物物理学、空间生物学、生物学学科发展战略。

静静的池塘，水平如镜。圆圆的荷叶上，颗颗晶莹的水珠在阳光的映照下闪闪发光。水珠旁，蹲着一只青蛙，它一动也不动，仿佛木雕泥塑一样。只有从它的呼吸和明亮的眼睛上，方才知道它不仅活着，而且处于完全清醒的状态。就在这只青蛙眼睛的正前方，开放着一朵艳丽的荷花。然而，美中不足，落在这荷花上的是一只令人生厌的绿头苍蝇。

这时，人们多么希望青蛙赶快去吃掉它!

苍蝇就在青蛙眼前，可青蛙一动不动。是在打瞌睡呢，还是青蛙“眼大无神”、视力不佳？

突然，苍蝇“拔腿”要跑，就在这一瞬间，只见青蛙以迅雷不及掩耳之势，对准苍蝇腾身一跃，张开大口，翻出舌尖，一下子就把苍蝇粘住，“勾”进嘴里。这是多么奇特的发现和捕捉食物的方式啊!

原来，青蛙的眼睛，对静止的东西视而不见，对运动的物体却是明察秋毫哩!青蛙正因为具有如此特殊的视觉特性，所以能够准确地捕捉昆虫、逃避敌害。

蛙眼具有怎样的结构特点，因而使青蛙有了这样奇异的本领？科学家们经过深入研究发现，青蛙眼睛的视网膜由三层细胞组成：光感受细胞层，中间联系细胞层，神经节细胞层。

第一层的光感受细胞把外界景物的影像成在视网膜上，并把影像转换为神经电信号；第二层联系细胞负责将电信号传给第三层；第三层神经节细胞则检测影像特征，并将这些电信号编成密码传给大脑。

神经节细胞又分为四类，每一类都执行特定的检测功能，只对运动目标的某一特征有反应，分别辨认、抽取视网膜图像的不同特征。这样，就把一个复杂的图像分解成了几种易于辨认的特征，提高了发现与辨认目标的速度和准确性。因此，科学家们把这四类神经节细胞称为“检测器”，分别是“边缘检测器”、“凸边检测器”(也叫“昆虫检测器”)、“反差检测器”和“变暗检测器”。这四种检测器共同作用，就可以使青蛙只对与它生存有紧要关系的景物有反应了。

边缘检测器，只对比周围环境亮或暗的景物边缘有反应；凸边检测器，只对像昆虫那样移动的景物弯曲的凸边有反应；反差检测器，只对亮度的变化有反应；而变暗检测器，只对光强的减弱即阴影有反应。这四种检测器的作用综合在一起，就使青蛙的眼睛既对“前端圆圆的快速移动的物体”特别敏感——有这样特征的是它喜欢吃的昆虫，也对那些“有很大的阴影的快速运动”的天敌特别敏感。而对与它的生存没有意义的事物，如不动的或摇动的树木和草叶则都没有反应。

不难看出，蛙眼所起的作用，远远超出了一点不漏地把景物拍摄下来的照相机的工作范围。蛙眼不仅可以把所看到的物体的图像呈现在视网膜上，而且能够分析所看到的图像，挑选出特定的图像特征，然后经视神经“通报”给大脑。

经过大自然的“精雕细刻”，蛙眼的这套视觉检测系统已经达到了十分完善的地步。蛙眼对背景不起反应，而是集中注意相对于背景运动、具有特定形态特征的物体。一旦一只昆虫或者天敌的“影子”从眼前掠过，它立即就会做出反应，扑向食物或者逃进水中。也就是说，蛙眼看到的只是对它的生存有意义的景物。例如，运动的天敌和食物对它的生存十分重要，水塘是它的栖身之地，都是对它生存有意义的景物。青蛙视觉器官的这一特性，给“运动目标探测器”提供了设计原理和模型。

这种图像识别能力正是雷达系统所需要的。根据蛙眼的视觉特性改进的雷达系统，能够很好地从背景中区别出目标来，因而提高了雷达的抗干扰能力，能够快速而准确地识别出飞机、舰艇、导弹等。尤其是，它能够根据导弹的飞行状态，把真导弹与假导弹区分开来，从而不会被作为“诱饵”的假导弹所迷惑。它还可以有效地把设定要搜索的目标与其他物体分开。

模仿蛙眼的工作原理，人们还制成了另一种“电子蛙眼图像识别机”，它可以成为机场飞行调度员的出色助手。这种装置能监视飞机的起飞、降落，若发现飞机将要相撞，还能及时发出警报。

国外已投入使用的一种卫星跟踪系统，就是模仿蛙眼原理工作的。有了这种跟踪系统，就可随时准确地分辨与接收侦察卫星搜集到的各种有用信息了。

来源：摘编自《科学家讲科学》