中国科学家首次揭示,猕猴也能感知视觉错觉,有助解开错觉之谜
上观新闻 · 2019/02/19
视觉错觉,提供了窥探大脑奥秘的窗口

本文转载自“上观新闻”。

视觉错觉,对于大脑来说却是一种真实的感知觉,是人类大脑通过复杂的脑区之间的相互作用和海量神经计算而产生的。还记得著名的Pinna旋转视觉错觉图吗?(图1)当人们注视Pinna图片中心黑点,头部靠近(或远离)图片时,会很明显地感受到两个圆环在分别以逆时针和顺时针(或顺时针和逆时针)方向旋转,但事实上圆环本身并没有任何物理转动。对于Pinna错觉在大脑中是如何产生的,人们一直不清楚。


图1:Pinna旋转视觉错觉图

2月19日凌晨2点,《神经科学杂志》在线发表了由中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室和中科院灵长类神经生物学重点实验室视知觉脑机制研究组的一项研究成果。他们首次揭示了猕猴和人一样,也能感知到Pinna运动错觉。他们的研究进一步发现编码真实旋转运动的大脑内颞上区神经元也能够编码相对应的错觉旋转运动,揭示了真实光流运动向错觉光流运动转化的脑神经生理机制,为解开Pinna错觉之谜打开了一扇窗。

猕猴和人一样,也能感知到Pinna运动错觉

当人往前走时,会感觉周边景物在扩张变大,往后退时,则会感觉周边景物在收缩变小,这就是视觉光流运动,其视觉错觉包括旋转错觉,收缩和扩张错觉以及螺旋运动错觉。

王伟研究员课题组通过使用心理物理和单个神经元电生理记录技术手段,在精确控制Pinna错觉刺激参数的条件下,详细研究了各类复杂光流运动从真实向错觉转化过程中的运动信息脑神经整合机制。在心理物理实验中,他们首次揭示了猕猴和人一样,也能感知到Pinna运动错觉。他们随后在猕猴背侧视觉通路中两个编码视觉运动信息的高级脑区,背侧内颞上区和中颞区,进行单细胞电生理记录,结果表明内颞上区神经元可以等价地表征真实和错觉的复杂光流运动,“也就是说,神经元如果对真实扩张运动比较敏感,那么对于错觉扩张运动也会比较敏感。”论文第一作者罗俊翔告诉解放日报·上观新闻记者。

他们的实验结果首次揭示了复杂光流运动视觉错觉在背侧内颞上区和中颞区的神经整合编码机制:首先,内颞上区特异性编码某一类真实光流运动的神经元,也能够编码相对应的视觉错觉光流运动;其次,和真实运动一样,光流运动视觉错觉也是通过整合其前级中颞区神经元局部视觉运动信号而形成的。最后,光流运动视觉错觉需要更长的神经整合时间来完成从局部到整体的视觉表征。“我们观察到,内颞上区和中颞区,两个脑区都编码错觉,但中颞区先编码的是局部错觉反应,再传输给内颞上区,这样相比真实运动,内颞上区编码错觉运动的反应则要慢十几毫秒。”罗俊翔说。著名的捷克科学家蒲肯野在150年前曾经说过,视觉错觉包含视觉真相。错觉也是真相之一,此项研究也为蒲肯野对视觉错觉的精确表述,提供了最直接的神经生理学证据和理论支持。这种信息转化机制的阐明能够帮助人们更好地理解视觉信息在不同等级脑区之间的传递过程以及从局部到整体的视觉信息整合的加工原理。

视觉错觉,提供了窥探大脑奥秘的窗口

每年在佛罗里达召开的视觉科学年会上,都会评出当年最出色的十大视觉错觉。让我们来欣赏一下令人惊叹的视觉错觉图吧!


图2:棋盘格亮度错觉。A、B两块区域的颜色看起来有很大的亮度差异,但是将两块区域连通起来之后,会发现两块区域的亮度是一致的。


图3:水彩错觉。人们会感觉到被黄色线条包围的部分的颜色要比周围白纸的颜色更黄一些,实际上二者的颜色是相同的。

既然我们的眼睛是好的,视觉通路又都是好的,为什么在错觉图形的条件下无法真实地感知外部图像呢?关于这个问题,目前还没有一个统一的解释。我们已知外部世界的图像通过眼睛投射到视网膜上,这一步骤是十分忠实于光学原理的。但是当外部图像在视网膜上被转换成电信号并进入大脑之后,皮层对于图像信息进行了进一步的解读。

“由于视觉错觉图形在自然界条件下极少存在,一般也不会影响人们的生活,因此这种现象并没有好坏的属性,它只是视觉系统基本运作方式的本能体现。” 中科院神经所博士后尹家鹏介绍。

视觉错觉有何作用呢 ?其实,视觉错觉的应用涉及人们生活、艺术、建筑设计的方方面面。“如果一个人的身材比较胖,可以穿竖条纹的衣服来使自己显得更‘瘦’一些;运用运动错觉和空间透视,可以将室内设计得更加具有空间感;还有一些艺术家使用大量的错觉轮廓图形,使作品更加具有视觉冲击力。”

各种错觉信息“不按常理出牌”的模式,为研究神经元活动提供了许多新的思路。目前除了开展心理物理实验、核磁共振扫描研究以外,还进行大量的动物生理学实验来研究各种错觉现象更深层次的生理基础。从短期目标上来讲,是要理解视觉系统的基本原理,从长远来讲,是为了掌握整个大脑的基本运行规律。而错觉,提供了窥探大脑奥秘的窗口。

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