為什麼回眸一笑總能「對上眼「？因為，很穩

人的眼睛，就像一台照相機，而視網膜就是用於成像的感光底片。眼睛在觀看物體時，會在視網膜上成像。我們一般用相機的時候，如果手沒拿穩，照出來的照片就會失焦，會虛掉。但是，我們每天都在運動著，為什麼眼睛這個相機「照」出來的照片就不虛呢？

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這是因為，當我們處於運動狀態時，視覺系統會檢測到視網膜圖像的運動，並且能夠分辨出這個運動信號是由於物體運動引起的，還是由於我們自身運動所誘發的。而神經系統為了更有效的加工物體在視網膜上的運動信號，就會對自身運動引起的視網膜運動信號進行抑制。

作為眼睛「相機」最直接的「支撐物」，我們的腦袋時刻都在晃動，這種運動，叫做「頭動」。我們腦袋裡的前庭系統能夠感知頭部運動，並將實時的頭動信息傳遞給大腦，從而對視覺系統產生影響。例如，當我們轉動頭部的時候，我們會知道在視野中那個「運動」的物體，實際上是靜止的。具有這種分辨能力的原因之一便是視覺系統和前庭系統的共同作用。

因此，研究頭動對視覺運動感知的影響，有助於理解視覺-前庭的整合機制。科學家也研製出一些方法來輔助研究。比如下圖中這兩種：一種是傳統機械裝置，人坐在椅子上，靠機械晃動椅子來開展研究；而另外一種，就簡單多了，只要帶上一個特製的頭盔就可以了。頭盔上有一個三維感測器，能實時讀取頭部的三維空間信息，在頭戴式顯示器上實時呈現相應的視覺運動刺激，模擬頭動時視網膜上的圖像運動。

圖1 研究頭動的(A)傳統機械裝置，圖引自Greenlee, Frank, Kaliuzhna etal.,(2016)。(B)新型虛擬現實方法，圖引自Bai, Bao, Zhang, Jiang, (2018)。

這個「頭盔」，是中科院心理所行為科學重點實驗室的科研人員最新研製出來的方法。它可以記錄頭部轉動的實時動態信息，還可以精確量化地操縱視網膜運動和頭動之間的關係，滿足頭轉動情況下視覺-前庭整合的研究需求。

作為使用該方法進行視覺-前庭整合作用的首例研究，科研人員主要關注水平方向的頭部轉動如何影響視覺運動適應。

視覺運動後效，或許可以理解為是一種「錯覺」。比如說，當我們盯著朝著某個方向運動的物體a看一段時間後，立即觀看靜止的物體b，會錯誤地認為物體b也在運動，而且是在朝著和物體a相反的方向運動。當然，隨著時間的推移，這種錯覺會慢慢地消失。

不信？試試看盯著下面這個動圖20秒，再去看其他靜止的圖，你就會有所體會了。

科學家們設計了不同的實驗來研究頭部轉動如何影響了視覺運動適應。

結果發現，盯著視覺運動圖案的同時如果頭左右晃會比頭保持不動產生更短的視覺運動後效，這說明神經系統會抑制對頭動引起的視網膜運動的適應程度。

圖2 (A) 三種頭部轉動條件示意圖。(B) 三種頭部轉動方向示意圖. Yaw對應水平方向頭部轉動，圖引自Neto,Barreto, Duarte et al., (2012)。

研究人員還模擬了頭動方向和視網膜運動適應方向的關係。比如，當頭向左轉時，頭戴式顯示器屏幕的下半部分就會出現等速的向右運動的光柵；當頭向右轉動時，頭戴式顯示器屏幕的上半部分就會出現等速的向左運動的光柵。

結果表明，對於幾乎沒有日常經驗的頭動和視網膜運動適應方向的聯結方式，神經系統也能夠快速學習、識別並抑制由頭動引起的視網膜運動適應。由此可見，視覺-前庭的交互作用是十分靈活的。也證實了在頭部轉動方向和視網膜運動適應方向的變化頻率同步時，頭部轉動對視覺運動後效有抑制作用。

研究人員隨後調整了光柵的運動方向和速度等，當頭轉動時，光柵出現或快或慢，或左或右，變化頻率隨機，跟頭動的變化方向和頻率都無關。這個時候，研究人員又有什麼發現呢？

實驗結果表明，在視網膜運動適應方向和頭部轉動方向的變化頻率相互獨立時，頭部轉動條件和頭部靜止條件下的視覺運動後效強度沒有明顯差別，頭動的抑制效應消失。這也說明，頭部運動和視網膜運動適應的信息匹配是產生抑制效應的關鍵因素之一。

圖3 視網膜運動適應方向和頭部轉動方向的變化頻率相互獨立頭部轉動條件示意圖

那麼，主動的「動」和被動的「動」，有區別嗎？科研人員又做了一個實驗，讓被試坐在椅子上，或者自己轉，或者由其他人幫著轉椅子。結果發現，這兩種條件下頭動都會對視覺運動適應產生抑制作用。

圖4 頭部轉動條件下，適應階段主動頭動(左下)和被動頭動(右下)示意圖。

這一系列的實驗結果都說明了，頭部運動能夠抑制視覺運動適應，從而產生更弱的適應後效。在視覺-前庭整合中，頭動信號和視網膜圖像運動信號的匹配關係對抑制效應具有關鍵作用。戴特製頭盔這種虛擬現實方法，能夠方便靈活地將頭部運動信息數字化，因此它作為視覺-前庭整合研究的新工具，可以為研究工作深入系統的開展提供有效支持。

來源：中國科學院心理研究所

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