视错觉现象——窥探大脑运行基本原理的窗口

人类大脑的解剖结构图 其中月状沟附近是视觉皮层所在的位置。视觉皮层只有同其他多个脑区协同工作，才能够产生人类的正常视觉意识。（苏瑞鑫绘制）

我们的大脑，无论是负责躯体运动的脑区、负责听觉的脑区，还是负责视觉信息的脑区，它们的基本构成元件都是极其类似的，即神经元。更加让人不可思议的是，虽然不同脑区所负责的功能差异十分巨大，但是其皮层组织结构与层次，从外观上看高度相似，因此许多人推测整个大脑有一个基本的运行原理。 目前的神经科学研究，多数情况下还是把大脑中的神经元当成一个个物理元件来研究，这些物理元件在神经网络中表现出来的各种性质，是目前大家最为关心的问题。 目前关于神经网络的信息处理方式，人们推测基本上是按照一种线性或者非线性加和的处理方式来进行的。而各种错觉信息“不按常理出牌”的模式，为研究神经元活动提供了许多新的思路。其中最著名的研究是在猕猴大脑中发现了物理上并不存在的错觉轮廓的神经元调制反应。关于错觉轮廓产生的生理基础，美国范德堡大学的冯德海（von der Heydt）等人曾经作出过解释。他们认为在大脑中存在一些对端点或者角有反应的细胞，这些细胞的反应总和被更高级别的神经元所整合，从而产生了大脑对于这种错觉轮廓空间方位的调制性反应。后来，中国科学院神经科学研究所王伟实验室发现了猕猴的V4脑区也能够“看见”错觉轮廓，由于V4脑区的神经元接收来自V1及V2脑区的输入，其感受野也更大一些，相当于是V1及V2神经元的“上司”。从王伟实验室的研究推测，在大脑中可能存在一个类似前馈-反馈的作用机制来解读错觉轮廓信息。如“两个著名的错觉轮廓”图b所示，来自V1及V2的视觉信息上行传递到V4，V4则对所接收到的信息进行提取增强，并且反馈给V1及V2脑区，从而提升大脑的工作效率。

当然，现在还仅仅是发现了编码错觉轮廓的神经元，这对于人们理解和认识视觉系统的基本原理是远远不够的。 目前除了对人开展心理物理实验以及核磁共振扫描研究以外，还进行大量的动物生理学实验，来研究各种错觉现象之更深层次的生理基础。从短期目标来讲，是要理解视觉系统的基本原理；而从长远来讲，则是为了掌握整个大脑的基本运行规律。错觉为我们提供了窥探大脑奥秘的窗口。(https://www.daowen.com)

（审稿：王伟　李澄宇）

两个著名的错觉轮廓 （a）图中能够看到一个比背景亮度更亮的白色三角形；（b）图中能够看到一根竖直的细线轮廓。人们已经发现了灵长类的视觉皮层存在对两种错觉轮廓有反应的编码神经元。（王伟研究组绘制）