科學家揭示光流運動視覺錯覺產生的腦神經機制

2020-12-06 科學網

    當人注視圖片中心黑點，頭部靠近（或遠離）屏幕時，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，但事實上圓環並沒有任何物理旋轉運動或移動。Pinna 旋轉視覺錯覺圖王偉研究團隊供圖

眼見為實，這是人們觀察世界和事實判斷的重要標準。然而，「看見」並非如此簡單，這個過程實際上蘊含了極其複雜的神經網絡以及海量的神經運算過程，在這個過程中大腦真的會「欺騙」我們。

中科院神經科學研究所王偉、顧勇團隊首次揭示了複雜光流運動視覺錯覺在靈長類背側視覺通路中兩個重要運動信息處理腦區（MT和MSTd腦區）中的神經信息整合編碼機制。2月19日,該成果在線發表於《神經科學雜誌》。

人類在自然生活中，由於視覺刺激和場景的不同，以及生理上和心理上的差異，會自覺和不自覺地感知到運動、形狀、顏色、大小位置等各種各樣的視覺錯覺，Pinna 旋轉視覺錯覺就是著名的複雜光流運動旋轉錯覺。

一直以來，視覺錯覺令人著迷的特殊性和豐富性激發了科學家強烈的好奇心和持之以恆的研究熱情。王偉告訴《中國科學報》，「視覺錯覺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，是人類大腦通過複雜的腦區之間的相互作用和海量神經計算而產生的。但是視覺錯覺在大腦中的神經編碼機制尚不清楚。」

該研究揭示了複雜光流運動視覺錯覺在背側視覺通路MT和MSTd腦區中的神經整合編碼機制。王偉表示，這項研究的意義就在於「探索真實和錯覺之間的關係以及錯覺在大腦中產生的腦機制，為人們深入解讀大腦奧秘提供了一個重要窗口」。

那什麼是光流運動呢？論文第一作者羅俊翔解釋說，當人或動物在自然環境中運動時，周邊的事物相對於人和動物會產生一系列擴張、收縮，或者旋轉等複雜運動形式，這類運動形式被稱為光流運動。人和動物視覺系統對光流運動的編碼和感知，能夠幫助其判斷自身的運動狀態，並協助其定位和導航。

研究人員發現，MSTd腦區中編碼特異性真實光流運動的神經元，也能夠編碼相對應的視覺錯覺光流運動，包括旋轉、收縮和擴張等運動。和真實運動一樣，光流運動視覺錯覺也是通過整合相應的前級輸入神經元所編碼的局部視覺運動信號而產生的。而光流運動視覺錯覺需要通過更長的神經整合時間完成從局部到整體的視覺表徵。

捷克神經生理學家浦肯野在150年前曾經指出「視覺錯覺包含視覺真相」。專家表示，該研究成果或許是以最直接的神經生理學證據，揭開了這一論斷的「視覺真相」。

談及此研究的應用價值，羅俊翔說：「在人工智慧領域，尤其是當前無人駕駛的交通工具對視覺識別技術的精度要求會越來越高，該研究或許能為此提供相關的研究思路和啟發。」（來源：中國科學報 何靜 黃辛）

相關論文信息：DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2112-18.2019

 

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