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光幻觉解释在一只苍蝇的眼睛

为什么人们能在一些静态图像中感知到运动,这不仅困扰着那些观看这些视觉错觉的人,也困扰着那些试图解释这一现象的神经科学家。现在,耶鲁大学的神经科学家们在8月24日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上报告说,他们已经从苍蝇的眼睛里找到了一些答案。

事实证明,果蝇和人类一样容易被视觉错觉所迷惑。

耶鲁大学(Yale)分子、细胞和发育生物学、物理学和神经科学副教授达蒙·克拉克(Damon Clark)说:“发现果蝇在静态图像中感知运动的方式和我们一样,真是令人兴奋。”

Optical illusion: In this stationary image, viewers should see the circles rotating in different directions在这张静止的图像中,观察者应该可以看到圆在不同方向上旋转。当观看者的眼睛移动或眨眼时,这种效果尤其明显。(幻觉信贷给A. Kitaoka;(田中插图)

苍蝇的大脑很小,因此很容易追踪它们视觉系统中神经元的活动。克拉克实验室的两名成员Margarida Agrochao和Ryosuke Tanaka,给果蝇做了与上图相似的视错觉实验。然后,他们测量了果蝇的行为,以检查它们在这种视觉错觉中对运动的感知是否和人类一样。苍蝇会本能地把身体转向任何感知到的运动;当出现这种视错觉时,果蝇的转向与人类在模式中感知到的运动方向相同。

与此同时,研究人员检查了果蝇中控制运动检测的特定神经元类型,并发现了由静态模式产生的反应模式。通过打开和关闭这些神经元,研究人员能够改变果蝇对虚幻运动的感知。通过关闭两种检测动作的神经元,他们完全消除了错觉。通过关闭两种神经元中的一种,他们制造出了一种果蝇,这种果蝇能够感知到与两种神经元都活跃时相反方向的虚幻运动。基于这些数据,研究人员建立了一个理论,即视错觉是由不同类型的运动探测器在果蝇对错觉作出反应或不作出反应时的微小不平衡造成的。

弗雷泽-威尔科克斯错觉产生于一种比上面的模式更简单的模式。当查看器注意到这个图案而不去看它时,例如看页面或监视器上的其他地方,对于一些查看器来说,图案看起来是顺时针缓慢旋转的。果蝇也有类似的运动错觉。

由于果蝇和人类的视觉处理过程有相似之处,研究人员设计了实验来测试他们为果蝇开发的理论是否也适用于人类。他们让11名参与者告诉他们在视觉错觉中看到的动作。这些实验表明——不足为奇——人类的视觉系统比苍蝇的更加复杂,但结果表明,在人类的这种运动错觉的基础上有着类似的机制。

“苍蝇和人类最后的共同祖先生活在5亿年前,但这两个物种在感知运动方面已经进化出相似的策略,”克拉克说。“理解这些共同的策略可以帮助我们更全面地理解人类的视觉系统。”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.yale.edu/2020/08/24/optical-illusions-explained-flys-eyes