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Pinna 旋转错觉感知的脑机制

发布时间:2016-03-17

 眼睛是心灵的窗口,自古以来,视觉感知吸引着人类强烈的好奇心和经久不衰的研究热情。睁开眼睛看世界,这个看似毫不费力的动作实际上蕴含了极其复杂的神经网络和海量的神经运算。视觉错觉,是一种真实的感知觉,它反映的是人视网膜物理(光)输入和大脑视皮层感知之间的不一致,是人类大脑通过复杂的脑区之间的相互作用和神经计算而产生的,与视网膜物理输入不匹配的视觉感知现象。人类在自然生活中,由于视觉刺激和场景的不同,再加上观察者生理上和心理上的差异,可以自觉和不自觉地感知到各种各样的视觉错觉,如运动视觉错觉,形状视觉错觉,颜色视觉错觉,大小和位置视觉错觉等等。由于视觉错觉令人着迷的特殊性和丰富性,它激发了人类无穷的想象空间。研究真实和错觉之间的关系以及错觉在大脑中是如何产生的脑机制,为我们深入解读大脑奥秘提供了一个重要窗口。

   

  图一:著名的Pinna 旋转运动错觉。该图由王伟课题组博士生罗俊翔设计。

  Pinna旋转运动视觉错觉是由意大利视觉科学艺术家Baingio Pinna设计和发现的一种视觉错觉,也是闻名于世的一种涉及旋转运动的错觉。Pinna被德国著名认知心理学家LotharSpillmann称作为当代的Kanizsa(上个世纪中期意大利著名视觉科学艺术家)。如图一所示,当人注视图片中心黑点,头部靠近(或远离)屏幕时,会很明显地感受到两个圆环在分别以逆时针和顺时针方向旋转,但事实上圆环并没有任何物理移动。中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所王伟研究组、王征研究组和顾勇研究组紧密合作,结合心理物理和功能磁共振成像手段,对比真实旋转运动,探索人类大脑中那些相关视皮层区域可以编码和表征Pinna 旋转运动错觉。他们发现无论是真实旋转运动还是扩张中无实际运动的Pinna图形刺激,都激活了人类大脑V1V2V3V4MTMST等脑区(图二A-C)。然而,在去除了视网膜拓扑激活的共同成分后,通过对大脑中由真实旋转和Pinna图像刺激激活的脑功能图谱的统计分析,在健康人群中首次发现,与真实旋转运动一样,Pinna错觉的皮层编码区域主要集中在内侧颞叶中颞上区(MST区)(图二D-F)。二者在反应幅度上没有显著差异。该工作于201634日在Human Brain Mapping期刊在线发表。

   

  图二:功能磁共振成像(fMRI)结果. A-C,来自一个被试左半球各个不同视皮层对Pinna同心环扩张运动、同心环真实旋转并扩张运动,和同心环纯粹扩张运动三种刺激的fMRI激活反应图。D-F,不同刺激激活相减后各个视觉脑区的fMRI反应结果图。

  该工作是中国科学院神经科学研究所脑影像中心成立以来(中心主任:王征研究员),首次发表利用功能磁共振成像研究人类脑功能的探索性研究工作。三个实验室将发挥团队协作优势,继续展开更深入的脑功能成像研究,以及在非人灵长类动物上开展神经电生理记录,从多个角度系统性地研究视觉错觉形成的神经机制。此项目得到国自然基金31571078(王伟),青年千人(顾勇)、中科院百人计划(王征)以及神经科学国家重点实验室的支持。

 

 

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