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中國科學家解開謎團:復雜光流運動視覺錯覺是咋回事
2019-02-20 07:36:43 來源: 科技日報
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在注視中間黑點的同時前後移動頭部,可以看到同心圓環在旋轉?中科院神經科學研究所供圖

  人們常説眼見為實,但是卻有那麼一類圖形長期流傳于網絡、報刊,能夠瞞天過海般地騙過你的眼睛,讓你覺得自己似乎變傻了。即便是你知道了其中的玄機,卻無論如何也無法説服自己的眼睛,它們就是視覺錯覺。每年在美國佛羅裏達召開的視覺科學年會上,都會評出當年最出色的十大視覺錯覺。

  2月19日淩晨2時,《神經科學雜志》期刊在線發表了題為《隨著光流:真實光流運動向錯覺光流運動轉換的腦神經機制》的研究論文。該研究由中科院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室和中科院靈長類神經生物學重點實驗室視知覺腦機制研究組完成。該成果揭開了視覺錯覺的冰山一角。

  光流運動(Flow motion)視覺錯覺包括旋轉錯覺、收縮和擴張錯覺以及螺旋運動錯覺。結合心理物理實驗和腦功能核磁成像技術,該研究組及其同事的前期合作工作,首先揭示了旋轉運動錯覺的表徵區域問題,他們發現編碼真實旋轉運動的人內顳上區(MST)也能夠編碼錯覺旋轉運動。以此為基礎,該研究組進一步探索了真實光流運動向錯覺光流運動轉化的腦神經生理機制。這種信息轉化機制的闡明能夠幫助人們更好地理解視覺信息在不同等級腦區之間的傳遞過程以及從局部到整體的視覺信息整合的加工原理。

  視覺錯覺,對于大腦來説卻是一種真實的感知覺,它反映的是人視網膜物理(光)輸入和大腦視皮層感知之間的不一致,是人類大腦通過復雜的腦區之間的相互作用和海量神經計算而産生的。人類在自然生活中,由于視覺刺激和場景的不同,再加上觀察者生理上和心理上的差異,可以自覺和不自覺地感知到諸如運動、形狀、顏色、位置等視覺錯覺。意大利視覺科學藝術家Pinna發現的旋轉視覺錯覺就是著名的視覺光流運動錯覺,當人注視Pinna圖片中心黑點,頭部靠近或遠離圖片時,會很明顯地感受到兩個圓環在分別以逆時針和順時針方向旋轉,然而事實上圓環並沒有任何物理轉動。

  這種整體運動視覺錯覺感知的強弱,與構成圖形的局部細節密切相關。雖然Pinna錯覺廣為人知,但它在大腦中是如何産生的腦神經編碼機制迄今不清楚。

  據悉,光流運動視覺錯覺包括旋轉錯覺,收縮和擴張錯覺以及螺旋運動錯覺。在研究中,科研人員通過使用心理物理和單個神經元電生理記錄技術手段,在精確控制Pinna圖形刺激參數的條件下,詳細研究了各類復雜光流運動,從真實向錯覺轉化發生事件過程中的運動信息腦神經整合機制。

  在心理物理實驗中,課題組首先揭示了獼猴和人一樣,也能感知到Pinna運動錯覺。“我們在獼猴背側視覺通路中兩個編碼視覺運動信息的高級腦區進行單細胞電生理記錄,結果表明背側內顳上區腦區(MSTd)神經元可以等價地表徵真實和錯覺的復雜光流運動,並且這兩類光流運動信息都是通過大范圍視野內整合其前級中顳區腦區(MT)編碼局部運動信號的輸入而産生得來的。”實驗室負責人王偉研究員介紹,“進一步研究表明,各種復雜光流運動錯覺在背側內顳上區腦區神經元中的表徵需要花費更多的神經整合時間。”

  視覺錯覺現象是好是壞?中科院神經科學研究所尹家鵬認為,由于視覺錯覺圖形在自然界條件下極少存在,一般也不會影響人們的生活,因此這種現象並沒有好壞的屬性,它只是視覺係統基本運作方式的本能體現。他説,視覺錯覺現象的應用涉及人們生活、藝術、建築設計的方方面面。如果一個人的身材比較胖,他可以穿豎條紋的衣服來使自己顯得更“瘦”一些,一些室內設計師根據運動錯覺效應和空間透視等原理將室內設計得更加具有空間感。還有一些藝術家使用大量的錯覺輪廓圖形來使自己的作品更加具有視覺衝擊力。(王旗 記者王春)

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【糾錯】 責任編輯: 劉陽
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