測量視覺的極限（下）︰看見一個光子
我們想讓你知道的是
從天上的星星談到眼睛裡的視網膜，從心理學談到量子力學，只為了回答一個簡單的問題：我們能看到最微弱的光，到底有多暗？
視蛋白是一個古老的結構，在它7億年的演化歷史中，演化出捕捉單一光子的能力，在某種意義上可以說是達到了感光元件的極致[8]。這固然是演化得到最佳解的範例之一，不過從比較廣泛的視野看來，也許不是特別超出意料之外。植物的光合作用也是生物系統利用光子能量的例子。光合作用所需的最小能量大約是6~8個光子，可見少量的光子，如果能巧妙的利用，在生物系統裡其實是能做很多事的。
從一個光子到整個腦
光子是能量極低的粒子。一個光子被單一感光細胞接收後，在細胞膜上產生微量的電流（10-12安培）。視網膜上，每平方釐米有超過10萬個感光細胞，所以說這個單一細胞產生的微量電流真的是個微不足道的事件。這個訊號經過視網膜的處理後，傳到大腦，要先通過龐大的視覺皮層（visual cortex），然後在更高層的腦區域做決策（決定「我是不是看到了東西？」），這個決策然後在運動神經系統被轉換成控制肌肉的訊號，讓受試者能按鍵表達是不是看到了光子。如此複雜的過程就算不是動用了整個腦，也是許多不同的神經系統互動後的結果。單一神經傳達的資訊居然沒有在這個龐大的系統裡遺失掉，可能要讓許多工程師讚嘆不已吧。
假想一個情境︰在打仗的時候，決定要不要攻擊敵軍，是一個非常複雜的過程。因為一個偵察兵可能會不小心把一個小動物看成是敵軍，當然不能一有風吹草動就開砲。軍官一定要把多人的報告消化整合後，才能往上層通報。有些看似不可靠的報告得被忽略掉。將軍得到這個報告後，還得參考更多資訊（例如說衛星資料），才能決定該不該攻擊。這個決策在往下傳的過程中又有可能被誤傳，甚至是被敵軍攔截。在如此複雜、層層稟報的系統下，如果在必要時，能根據一個小兵看到一眼敵軍槍頭的尖端，就做出正確的攻擊，那這個軍隊的組織真是有出人意外的效率，值得研究。神經科學家想要研究的，就是龐大複雜的腦子，怎麼能正確地對極微弱的資訊做有效的計算。
另一個值得一提的地方，就是前面提起的心理學實驗，測量的資料真的是非常的簡單，就只是一些受試者回答「看得到」或是「看不到」。靠這這麼簡單的資料，居然能夠用來推測視網膜上神經的生理性質，而且精確度高到幾個光子的程度。其實這種過程，在神經科學的發展史上，是非常常見的。心理學家靠著聰明的行為學實驗，常常領先神經科學家幾十年，先發展出了精確的理論。所以千萬不要以為心理學是籠統不精確的軟科學喔。
註︰
- Hecht et al. (1942) Energy, quanta, and vision. Journal of General Physiology 25, 819–840。我在正文裡很籠統的說「直到受試者看不到它為止」。這句話的意思是做實驗的時候有時燈光是開的，有時沒有開。每次快門開放後，受試者要回答有沒有看到光。受試者的回答要 60% 正確才算「看得到」。為什麼思考星光的時候，快門時間是十分之一秒，不過在這個實驗可以用千分之一秒的快門？這是因為星光要穿越好幾光年的距離，每個光子之間的距離非常的遠。因此，固定量光子抵達視網膜所需的時間，遠比實驗室裡的燈光來得長。參考 Rodieck (1998) The First Steps in Seeing。
- 參考維基百科上 Single-photon source 的條目。
- Tinsley et al. (2016) Direct detection of a single photon by humans. Nature Communications 7:12172.
- 視網膜上有兩種感光細胞：視桿細胞（rod cells）與視錐細胞（cone cells）。這篇文章只討論對光線比較敏感的視桿細胞。
- 參考 Rieke & Baylor (1998) Single-photon detection by rod cells of the retina. Reviews of Modern Physics 70, 1027.
- Phan et al. (2014) Interaction of fixed number of photons with retinal rod cells. Physical Review Letters 112, 213601.
- http://www.clarkvision.com/articles/digital.photons.and.qe/
- 這篇文章專注在一個簡單的問題上：一個光子打在一個感光元件上，這個元件有沒有可能反應，如果有，便稱為「有單一光子的敏感度」。在討論一個感光元件的能力時，這只是敏感度的諸多指標之一。另一個重要的指標是問這個元件是不是每次接觸到光子的時候，都會有反應，也就是對光子有反應的機率。視桿細胞對光子有反應的機率大約是 30%，數位相機的機率大多高於 30%，所以在這個意義上，視桿細胞的能力低於電子光學元件。另一個重要的指標是光學元件會不會產生「黑暗事件」（dark event），也就是這個元件在沒有接收到光子的時候，會不會謊報有光子。視桿細胞大約每分鐘才隨機產生一次黑暗事件，在這方面它就比數位相機的電子元件優秀了，因為 CCD 的像素在室溫裡，大約每秒就會產生一次黑暗事件。也就是說視桿細胞的雜訊非常低。數位相機在低光環境下常常拍不出好的影像，這是一個重要的因素。
本文獲授權轉載，原文見職業科學家的業餘科學。
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責任編輯：tnlhk
核稿編輯︰周雪君
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從小打底美感力！babybabycool 100%有機棉童裝用愛創造安全永續新美學
我們想讓你知道的是
「當你摸到、穿到面料好的衣服，身體會記住那種舒服的觸感。」孩子的美感力無須刻意培養，而是讓孩子有意識地沈浸在美的環境裡。
很多大人很早就遺忘自己曾經是個孩子，直到我們孕育出自己的孩子。
據幼兒教育研究者Petr G. Grotewell和Yanus R. Burton的書籍出版觀察，「嬰幼兒」比任何人類其他年齡層更能夠全面體驗生活。這歸咎於2歲前的孩子大腦正處於快速開發期，這階段同時也是兒童建構自我的關鍵時期。若能讓孩子處於探索和嘗試新事物的環境，不僅有益於孩子的身體發育，也有助於培養、形塑孩子的美感。
沈浸式教育，幫孩子的美感從小打底
「當你摸到、穿到面料好的衣服，身體會記住那種舒服的觸感；當你吃到美味的食物，嗅覺和味覺會記得那個味道；當你看見美的東西，你會用五感記住那種感覺。」魏羣芳於2016年創立有機棉童裝品牌寶貝友（baby baby cool，簡稱bbc），她擁有廣告造型師的身份，更是一位在意孩子美感教育的母親。
創立bbc即是她的回答：「我們無須刻意培養孩子的美感，而是讓孩子有意識地沈浸在美的環境裡。」
bbc的設計理念相當簡單，就是健康、舒適及美。聽起來簡單，實際上做起來卻相當不容易，除了好看好穿，魏羣芳更在乎的是孩子的感受；不僅要讓孩子穿起來好看，更要同時穿得舒服又健康安全。
孩子的肢體語言，決定衣服是否生產
魏羣芳強調，「觀察孩子的表現非常重要，無論孩子是否會說話，都會用肢體語言和表情告訴你，他們喜不喜歡、舒不舒服。」她分享bbc的設計過程，每個服裝款式平均修改二到五次，因為必須讓每款設計都通過孩子的試穿考驗。
「試穿的目的是讓孩子忘記有穿衣服，而一件衣服的最終定案，經常是孩子穿上後喜歡到不想脫下來，才算是完成設計進入生產階段。」
她分析無論大人小孩，好的服裝版型穿起來就是有精神和有自信。bbc從打版到生產皆Made in Taiwan，在設計上運用成人時尚的拼接概念，呈現兒童服裝的玩味設計感，跳脫傳統卡通圖案或兒童內著感的設計。在實用性上，除了更符合身體曲線的立體剪裁，更以燙標取代車標，不傷害孩子稚嫩的肌膚，也在領口、褲口等處增加彈性織帶及皺褶設計，大幅提升嬰幼兒服飾的美觀及耐用度。
安心健康的第一道防線，來自母親的愛
服裝是接觸孩子肌膚的第一道防線，健康安全卻是最容易被忽略的環節。bbc特別採用安全無毒、100%日本進口的頂級有機棉作為面料，更通過全球公認最嚴格、符合歐盟最高標準的GOTS有機棉紡織認證；以確保bbc使用品質最穩定的有機棉，且無殘留農藥、落葉劑等神經毒，金屬副料如金屬釦、拉鍊和織帶，也同樣使用經過檢測安全無鎳、無重金屬的安心材質。
在商品面如此講究，就是因為魏羣芳同時也是一個母親的身份，讓bbc不單只是一件衣服，更象徵著一位媽媽如何愛孩子的實際行動。自創業初期，她從驚嘆布料分級的數十倍價差，一直到發現棉花農藥是一般農產品的8倍，布料上殘留的毒化物和化學藥劑，還會透過皮膚囤積在寶寶的肝腎肺腦，甚至引發皮膚過敏或氣喘症狀，從而決定以「100%有機棉」作為品牌面料。
然而少了化學纖維，100%純棉衣物容易變形；為解決支撐度的問題，魏羣芳最後決定採用相當費時耗工的「3D立體剪裁」工法製作。不僅讓bbc的衣服剪裁和比例更好，也連帶延長了衣物壽命，為孩子打造出舒適、立體且時尚有型的服裝。
一衣多穿，bbc創造精品童裝的永續價值
「很多媽媽跟我們說，小朋友很快就長大，衣服要一直買很浪費。」孩子成長速度快，買貴了怕浪費、買便宜又擔心品質，魏羣芳對於天下母親都有的隱性擔憂，提出的解法最令人激賞。bbc希望倡導「一衣多穿」的觀念：「一樣的錢不用買很多件，買三件不如買一件好的，好好的穿、在不同場合穿，而且可以穿很久，讓衣服發揮最大效益。」魏羣芳自己很多衣服都穿10年以上，與bbc品牌理念的交疊處，就是經典設計和耐用的優質面料。
經典設計和耐用面料，讓bbc的童裝創造出更多永續價值；其經典時尚的設計元素，讓孩子的同一件衣服擁有多場合搭配性，正式或休閒風格都可駕馭。甚者，以往孩子穿大一號衣服時容易顯得像在「穿布袋」，bbc讓大一號看起來像在穿洋裝，一直穿到看起來是件上衣。而新生兒的包屁衣，其他品牌只做3、5公分一段，bbc做到10公分一段；讓原本只有3個月至半年使用年限的衣服，拉長至一年或超過一年，兼顧美學與實用性。
bbc更將嬰幼兒的衣服效益發揮到最極致，「我常說我們的衣服要做到這麼好，就是大的穿完小的穿，小的穿完還可以送給別人穿。」bbc更與社福基金會合作，將顧客汰換的衣物捐給育幼院的孩子，顧客也能獲得購物金回饋。bbc真正打造出精品童裝的永續價值，且不造成資源浪費，讓每位父母都能一同守護孩子的未來，珍惜保護地球環境。
