原来是这样!我国科学家解密复杂光流运动视觉错觉

2019-02-20  漫步之心情

人们常说眼见为实,但是却有那么一类图形长期流传于网络、报刊,能够瞒天过海般的骗过你的眼睛,让你觉得自己似乎变傻了。即便是你知道了其中的玄机,却也无论如何也无法说服自己的眼睛,它们就是视觉错觉。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。

2月19日凌晨2:00,《神经科学杂志》期刊在线发表了题为《随着光流:真实光流运动向错觉光流运动转换的脑神经机制》的研究论文。该研究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完成。该成果揭开了视觉错觉的冰山一角。

光流运动(Flow motion)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。结合心理物理实验和脑功能核磁成像技术,该研究组及其同事的前期合作工作,首先揭示了旋转运动错觉的表征区域问题,他们发现编码真实旋转运动的人内颞上区(MST)也能够编码错觉旋转运动。以此为基础,该研究组进一步探索了真实光流运动向错觉光流运动转化的脑神经生理机制。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。

原来是这样!我国科学家解密复杂光流运动视觉错觉

图说:在注视中间黑点的同时前后移动头部,可以看到同心圆环在旋转 来源/中科院神经科学研究所供图

视觉错觉,对于大脑来说却是一种真实的感知觉,它反映的是人视网膜物理(光)输入和大脑视皮层感知之间的不一致,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。人类在自然生活中,由于视觉刺激和场景的不同,再加上观察者生理上和心理上的差异,可以自觉和不自觉地感知到诸如运动、形状、颜色、位置等视觉错觉。意大利视觉科学艺术家Pinna发现的旋转视觉错觉就是著名的视觉光流运动错觉,当人注视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方向旋转,然而事实上圆环并没有任何物理转动。

这种整体运动视觉错觉感知的强弱,与构成图形的局部细节密切相关。虽然Pinna错觉广为人知,但它在大脑中是如何产生的脑神经编码机制迄今不清楚。

据悉,光流运动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。在研究中,科研人员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图形刺激参数的条件下,详细研究了各类复杂光流运动,从真实向错觉转化发生事件过程中的运动信息脑神经整合机制。

在心理物理实验中,课题组首先揭示了猕猴和人一样,也能感知到Pinna运动错觉。“我们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进行单细胞电生理记录,结果表明背侧内颞上区脑区(MSTd)神经元可以等价地表征真实和错觉的复杂光流运动,并且这两类光流运动信息都是通过大范围视野内整合其前级中颞区脑区(MT)编码的局部运动信号的输入而产生得来的。”实验室负责人王伟研究员介绍,“进一步研究表明,各种复杂光流运动错觉在背侧内颞上区脑区神经元中的表征需要花费更多的神经整合时间。”

视觉错觉现象是好是坏?中科院神经科学研究所尹家鹏认为,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。他说,视觉错觉现象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,他可以穿竖条纹的衣服来使自己显得更‘瘦’一些,一些室内设计师运动错觉效应和空间透视等原理将室内设计的更加具有空间感。还有一些艺术家使用大量的错觉轮廓图形来使自己的作品更加具有视觉冲击力。

此项工作由视知觉脑机制王伟课题组博士研究生罗俊翔同学完成,王伟课题组的其他同学和同事在该课题研究中也发挥了重要作用。顾勇老师参与了该课题的设计和共同指导博士生罗俊翔同学。此项工作得到中科院战略性先导科技B类专项、上海市市级科技重大专项和国家自然科学基金委的资助。

原来是这样!我国科学家解密复杂光流运动视觉错觉

图说:以旋转光流运动视觉错觉为例,展示其从局部到整体的神经整合过程。图中展示了一个拥有大感受野对真实逆时针旋转运动敏感的MSTd神经元(图片上部)及其是如何整合其前级MT区神经元(图片中部)编码的局部运动信号的示意图。( 科技日报记者 王春 通讯员 王旗 来源/中科院神经科学研究所供图 )

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