你怎麼看到幻覺的形狀?!

LOGOs

上圖左側的這個logo是1984年洛杉磯奧運的標誌,裡頭包含一個紅色、白色和藍色的星形,不過其實白色的星形並不存在。同樣的道理,像是右上方的USA Network的「S」或是右下方的家樂福商標裡的「C」都是不存在的,但是我們也都「看到」了。其實這是因為當大腦看到零碎的部分畫面,通常會自動把他組成一個完整的形狀與畫面。這也是我們在魔術表演時,看到「斷頭」的畫面時格外驚奇(如下圖),就是因為你真實所見到的畫面,與你大腦自動組成的畫面大相逕庭。

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美國范德彼爾大學(Vanderbilt University)心理系助理教授Alexander Maier所帶領的研究團隊便想對此問題深入了解,究竟哪個腦區負責這樣的幻覺輪廓(illusory contours)?他們的研究發現,視覺皮質中的V4在我們看到不存在的幻覺輪廓時會大量活化。這個研究發表在《PNAS》上。

過去有諸多研究指出,有許多種類的生物,包括猴子、貓、貓頭鷹、金魚,甚至蜜蜂都可以看到這樣的幻覺輪廓。因此,科學家便認為會看到幻覺輪廓,是因為大腦要盯著樹叢後的掠食者或獵物,這可是一種生存關鍵能力!

雖然科學家一世紀之前就已經了發現幻覺輪廓,但在近三十年才有更深入的研究,揭露了大腦內部究竟是如何解譯這些感覺的神經機制。

在哺乳類動物中,視覺刺激從眼睛輸入後會先傳到枕葉的視覺皮質,目前視覺皮質中已經主要區分出五個區域,從V1到V5。

V1是主要視覺區,接收眼睛傳輸過來的刺激,並根據刺激的主要屬性分類,包含方向、顏色、空間位置…等等,並把這些資訊傳往不同的兩條途徑,分別是往背側的dorsal pathway,又稱為「何處」路徑(Where pathway),與腹側的ventral pathway,也稱為「什麼」路徑(What pathway)。

「何處」路徑從V1通過V2、V3往V5(或稱middle temporal),顧名思義,這條途徑主要辨識物體的位置;而「什麼」路徑V1通過V2往V4,則主要辨識這是什麼物體。

過去實驗結果顯示,V4主要參與了物體辨識與視覺注意力,所以這個研究主要想探討,當我們看到幻覺形狀時,是不是與V4有關。

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首先,研究者先定位出恆河猴的視網膜與V4上對應的位置,接著讓恆河猴盯著Kanizsa正方形看,並觀察V4的活化情形。Kanizsa正方形由四個3/4圓組成(上圖左),而正方形就是我們看到的幻覺影像。研究者發現,當恆河猴盯著Kanizsa正方形看時,中間的方形幻覺區域對應到V4的區域明顯的活化了(下圖上);但如果將這四個3/4圓缺口朝外放時(上圖右),我們看中間的方形幻覺消失,而恆河猴對應到V4的區域則沒有活化(下圖下)。

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Maier說:「基本上,大腦扮演是一個偵查者的角色,他對環境中的刺激做反應,並做將這些刺激做組合與最佳的臆測。然而這些幻覺,就是大腦做出了錯誤結論的情況。」

研究原文:Receptive field focus of visual area V4 neurons determines responses to illusory surfaces–PNAS [2013-9-30]

資料來源:Finding the place where the brain creates illusory shapes and surfaces–Vanderbilt University [2013-9-30]

圖片來源:各商標取自網路、「斷頭」魔術照片採創用CC授權引用自作者為 Darling Wang來自科學玩具柑仔店(Darling の 優)部落格、Kanizsa正方形由作者繪製、V4神經元活化圖取自資料來源Vanderbilt University網站


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