黑底模式为什么可以抑制近视？——揭秘视网膜的特异功能

上一篇《白底黑字-长轴；黑底白字-退轴！》中，我们提出了ON/OFF信号对脉络膜厚度的影响及其对于近视防控的启发。由于这个反应是发生在视网膜处的，关系到视网膜上各种细胞的不同功能，所以今天这一篇，我们就来探索一下视网膜的奥秘。我们所看到的画面是如何形成的呢？它和真实的世界存在着多少差异呢？

01 视网膜的特异功能

以往人们认为，视网膜只是负责光电转换，视觉图像是在大脑中形成的，符号散焦和形觉剥夺所造成的模糊图像由大脑分辨后，眼轴长度发生相应的变化（动物实验显示：远视离焦使眼轴增长直至补偿离焦后持平，近视离焦使眼轴缩短直至补偿离焦后持平，而形觉剥夺使眼轴持续生长至极值后才停止）。但是在后续的研究中，人们发现当动物的视神经被切断后，眼睛对于符号散焦的反应依然存在（与切断前存在一些程度上的差异），而形觉剥夺不再对眼睛的生长造成影响。这说明，视网膜的功能并不止于将光信号转为电信号传递至大脑，它可以在信号未传递至大脑时就对其进行初步识别，并作出反应（如促进/抑制多巴胺的分泌）[1]。

视觉图像在人脑中形成所经历的三重处理（获取原始图像的预处理+提取图像特征+识别分析）中，最开始的预处理即是由视网膜完成的。通过预处理，视网膜可以不通过大脑就直接提取出图像的轮廓，这就是视网膜对ON/OFF信号识别的过程。上一篇发布后，许多读者都以为ON信号就是来自于黑暗中的光亮，比如黑夜里的一盏台灯、黑暗环境中看电子屏幕等等情景，这是不对的，因为视网膜提取的是图像亮暗对比处的轮廓，而不是整个光亮区域。文字的一笔一划就是最分明的轮廓线条，所以阅读画面最容易刺激产生过量的ON信号或OFF信号，造成两种信号的失衡；而在五彩斑斓的自然画面中，ON/OFF信号都是平衡的（如下图所示，红色边界代表人眼可识别的ON信号，蓝色边界代表OFF信号，两种信号数量基本一致）[2]。

02 光电转换

了解了ON/OFF信号在具体图像中的表现后，我们来看看这两者在视网膜中具体是如何产生与传递的。在介绍这部分内容之前，首先我们要了解视网膜的大致结构。视网膜作为眼睛中最重要的结构，而且兼具光电转换和图像预处理等功能，可想而知其内在组成必然是十分复杂的。如下图所示，所有脊椎动物的视网膜都由三层神经细胞体组成——外核层（ONL）、内核层（INL）和神经节细胞层（GCL）。

• 外核层是光电转换的起点，其中的视锥细胞、视杆细胞感知光线，形成a波（如下图所示，a波为负电压）；

• 紧接着，内核层的双极细胞接收信号后产生大而缓慢的b波（此时的b波仅表现为粗糙上升状）；

• 为传输精准的视觉信号，有两种视网膜细胞需要对b波进行信号补偿，从而形成代表特定信息的高频电位，这两种细胞就是神经节细胞层的神经节细胞和内核层的无长突细胞。

在ON/OFF信号传入视觉中枢的过程中：

• ON神经节细胞（ON RGC）感受亮信号产生正电位，响应光增量0→1；

• OFF神经节细胞（OFF RGC）感受暗信号产生负电位，响应光衰减1→0。

对于无长突细胞在这个过程中的具体功能，学界目前仅有一些合理推测。上一篇中我们也提到，图宾根大学研究小组在2019年对鸡进行的实验中，发现了ON信号刺激后玻璃体内多巴胺及其代谢物浓度的升高[3]，由于无长突细胞正处于神经节细胞和双极细胞旁边，也能够在接收信号后对b波进行信号补偿，而且它的确可以分泌多巴胺，所以许多研究都推测无长突细胞分泌多巴胺的功能会受到ON/OFF信号的影响：

• ON信号促进其分泌；

• OFF信号则会抑制。

03 深色模式不好？你有证据吗？

现在原理我已经告诉大家了，我身边也有不少朋友已经把电子屏幕全部切换成了深色模式，收到的反馈大都是良好的。不过后来我了解到，网络上有许多谣言在诋毁深色模式，将深色模式形容成了在黑暗环境中看电子屏幕，因此就倡导大家不要使用深色模式，会伤眼睛。上一篇中我也说到，如果黑底白字要应用于人类近视防控，务必要考虑亮度在其中的影响，所以环境光线一定要充足，在黑暗环境中看电子屏幕的确伤眼，但这不是深色模式的锅。这种说法都只是主观上的臆测，“章口就莱”，却没有一篇能给出详细分析及数据支持，而我所提倡的“深色大字模式”是根据近些年的多组实验数据得出的。不论主观感受如何，光线本身并不会因为具体感知的不同而发生变化，特定画面对人眼产生的影响就是客观存在的，不以人的意志为转移。

我们不妨分析一个典型实例来看看为什么护眼不能“凭感觉”。人类的视锥细胞可以感知三种颜色——红、绿、蓝，相应的视锥细胞数量比为绿色：红色：蓝色=40:20:1，因此，人眼中有65.6%的视锥细胞都在集中感受着绿光，而感知蓝光的却只占1.6%。这就导致人类天生对于绿色非常敏感，但对于蓝光却极其不敏感。而大家应该都听说过，人造LED蓝光（λ=430~480nm）是非常伤眼的，可是我们在看电子屏幕时，除了时间久了能感知到眼疲劳的难受，却不怎么能切实地感知到有某种强烈的、特定的蓝色光线在持续刺激着我们的眼睛。电子屏幕实际所发出的光与我们人眼所感知到的视觉，两者之间到底有多大区别呢？如下图所示，左边为光谱仪实测的iPhone 6/7/8的光谱图，将其与明视觉曲线V(λ)相乘，在可见光（λ=380~780nm）范围内积分后，再乘光视效函数的最大值Km=683 lm/W，最终得到的右图即为iPhone 6/7/8屏幕光被人眼感知而形成的视觉光谱。（明视觉曲线：1924 年国际照明委员会CIE对数百人做实验，把相同亮度、不同波长的光照进他们的眼睛，根据他们的眼睛对光的平均敏感水平得到的统计曲线图。）

可以看到，实际进入人眼中的光中蓝色的光（λ=401~500nm）占34.44%，而我们视觉上所感知到的蓝色光只占3.56%。这至少说明了两个问题：

1.对于电子屏幕所产生的有害蓝光（λ=430~480nm），人眼的感知力度微乎其微（占整体视觉颜色的3.5%不到），但其实际占比却不容忽视（接近整体屏幕光的1/3）。所谓“明者见危于无形，智者见祸于未萌”，既然已经了解了实际存在的危害，就务必在尚无感知的情况下开始防蓝光（防电子屏幕的超纲蓝光）的行动，否则等到视网膜色素上皮细胞大量被高能蓝光杀死、眼睛彻底变成光敏感性时，是没有后悔药可以吃的，因为视网膜细胞同脑细胞一样属于神经细胞，均不可再生。

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2.当我们开始践行防蓝光后，如果所选择的产品性能较为优良的话，其实我们并不会在视觉上明显感知到蓝色被去掉了很多，因为优质的产品只会精准地在那不到3.5%的范围内起作用（只需要过滤掉一半，占整体视觉颜色的1.7%左右，即可使光谱形状接近自然光），而不会对其他波段的光线造成明显影响。所以，如果你所使用的防蓝光产品有着“肉眼可见”的“去除蓝光”效果，那只能说明你被“割韭菜”了——这种镜片一定是把所有蓝色光线都大幅度滤掉了，而且可能还影响到了其他波段的光，最终得到的光谱形状与自然光相比必然是有明显缺失的（如下图的割韭菜产品-1）。

割韭菜产品-1——蓝光格杀勿论（过滤范围λ=380~500nm）；割韭菜产品-2——跑偏了（过滤范围λ=380~450nm），防的是一部分“蓝色的光”，LED蓝光（λ=430~480nm）没太受影响

p.s.关于防蓝光：

• 蓝光本身不分好坏，因为LED光谱无比畸形，所以才要防。

• 只有看电子屏幕时需要防蓝光，配镜时不要加“防蓝光”功能，时时刻刻防会伤眼。

• 电子产品最近十年才出现“人均沉迷”的现象，元宇宙VR之类的高科技也在逐日普及，人们只顾着体验眼前的新奇，乐不思蜀，眼睛快死了也不管不顾。

• 电子屏幕的蓝光伤眼程度超乎你的想象，只是你感受不到（人眼只有1.6%的视锥细胞可以感知蓝色）。防蓝光是非常有必要的，等你感觉到出问题的时候真就晚了。

结语

单从电子屏幕的光就可以看出感觉和现实的巨大差异，所以护眼切不能太“佛系”，眼睛的健康是无价的，不要因为感觉深色模式靠不住，或者切换设置太麻烦就弃疗。其实，家长朋友们如果定期会带孩子去医院检查的话，完全可以顺便对比一下践行“深色大字模式”前后的实测数据（如眼睛生物参数中的眼轴长度），就知道效果具体如何了，我也期待着大家的反馈。另外还要提醒大家一点，虽然ON信号的输入有助于控轴，但如果是在看电子屏幕而不是书本的话，上述蓝光伤眼的问题也还是存在的，所以防蓝光的工作也一定要做到位。

参考文献：

[1] Josh Wallman, Jonathan Winawer. Homeostasis of Eye Growth and the Question of Myopia[J]. Neuron, 2004, 8(43): 447–468.

[2] Andrea C. Aleman, Min Wang, Frank Schaeffel. Reading and Myopia: Contrast Polarity Matters[J]. Scientific Reports, 2018, 8: 10840.

[3] Min Wang, Andrea C. Aleman, Frank Schaeffel. Probing the Potency of Artificial Dynamic ON or OFF Stimuli to Inhibit Myopia Development. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 2019, 6.