科学家发现连续交替的背景可诱发动态的倾斜错觉

2017-12-13 绿谷生物 中国科学院心理研究所
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人类知觉极易受环境影响,如图1a和1b,同样竖直朝向的光栅,在被朝左或朝右的背景光栅所包围后,会被错误的知觉为朝背景光栅相反的方向倾斜。这种倾斜错觉(tilt illusion)通常被认为缘于初级视觉皮层中,朝向特异神经元之间的侧抑制:偏好背景光栅朝向的神经元会抑制其它神经元对这一朝向的反应,使偏好中央光栅朝向的神经元在与背景光栅相同的方向受到更强的抑制,导致人类对中央光栅朝向的知觉偏向了与背景光栅相反的方向。

然而,环境不可能总是一成不变的。如果朝向相反的背景光栅连续交替出现(按照图1d中的亮度变化函数),那么竖直朝向的光栅是否会由于侧抑制的效应而被知觉为一会向右,一会为向左,好像钟摆一样在摆动 (apparent sway)?中国科学院心理研究所脑与认知科学国家重点实验室蒋毅研究组通过4个实验,首次发现当背景在连续交替时,观察者确实会体验到这种似动的错觉,并将之命名为动态倾斜错觉 (dynamic tilt illusion)。

实验1操纵了背景光栅交替的速度(0.6-10Hz),结果发现,随着背景光栅交替速度的提高,知觉到的错觉量在逐渐减小,大约从6Hz开始趋近最小值,无论是红绿背景还是灰色背景均是如此(图2)。实验2加入一个不会引发倾斜错觉的控制条件(图1c),结果发现,控制条件同样不会引发动态的倾斜错觉。实验3要求被试手动调节一个真实摇动的光栅来匹配知觉到的错觉大小,结果发现,被试调节出的动态倾斜错觉的角度(1.32°–1.84°)非常接近已有研究报告的倾斜错觉的角度。实验4操纵背景光栅与中央光栅的空间间隔,结果发现,当两者从无间隔到间隔1°时,动态倾斜错觉随之显着减少,这与倾斜错觉的研究结果也基本一致。

该研究表明,背景朝向的连续变化导致侧抑制的方向发生连续变化,使人类对中央光栅朝向的知觉也随之变化,表现为动态倾斜错觉。更重要的是,该结果表明,大脑在处理动态信息时,会将连续的视觉朝向信息在时间上组织为一个个知觉单元,随着朝向信息变化速度的加快,越来越多的信息由于被整合到相同的知觉单元内而丧失其独立性,因此观察到的动态倾斜错觉会逐渐减弱。简言之,在面对动态信息时,人类认知加工的采样率不足以支持他们跟踪物理世界的所有变化。

研究工作受到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中科院“率先行动”联合资助博士后项目、中科院前沿科学重点研究计划和中科院战略性先导科技专项的资助,相关研究成果在线发表在Journal of Vision上。