產生視覺錯覺，是眼睛出問題了嗎？其實是大腦的bug

2月19日凌晨，《神經科學雜誌》在線發表了中科院神經研究所王偉課題組關於「光流運動視覺錯覺」的研究，揭示了真實光流運動向錯覺光流運動轉化的腦神經生理機制。視覺錯覺被認為是大腦進化不完美的產物，經常被科學家們用作窺探大腦奧秘的窗口。

每年在佛羅里達召開的視覺科學年會（VSS， Visual Science Society）上，都會評出當年最出色的十大視覺錯覺。

人們常說眼見為實，用來形容一個物體或者一件事情只有親眼看見了才相信它是真的。但是卻有那麼一類圖形長期流傳於網路、報刊，能夠瞞天過海般的騙過你的眼睛，它們就是視覺錯覺。

下面讓我們欣賞一下幾個驚艷的視覺錯覺。

圖1中呈現的棋盤格亮度錯覺中，A、B兩塊區域的亮度實際上是相同的，但是將它們放置於不同的圖形環境下，人們會依據視覺經驗感覺到不同的亮度。同樣的亮度的物體，呈現在陰影中的時候，我們會感覺到它更亮一些，而在光照豐富的環境中，我們會感覺到它更暗一些。

圖1 棋盤格亮度錯覺。如圖A中，A，B兩塊區域的顏色看起來有很大的亮度差異，但是將兩塊區域連通起來之後，會發現兩塊區域的亮度是一致的。（圖片來源：維基百科）

圖2 水彩錯覺。人們會感覺到被黃色線條包圍的部分的顏色要比周圍白紙的顏色更黃一些，實際上二者的顏色是相同的。（圖片來源：維基百科）

圖3 著名的Pinna 旋轉運動錯覺。當人注視圖片中心黑點，頭部靠近（或遠離）屏幕時，會很明顯地感受到兩個圓環在分別以逆時針和順時針（或順時針和逆時針）方向旋轉，但事實上圓環並沒有任何物理移動。(王偉組 繪製)

是我們的眼睛出問題了嗎？

首先要簡單介紹一下我們的視覺系統：如圖4所示，我們的視覺系統由暴露在外的眼球，視神經和視覺皮層所組成。

我們的眼睛是外部圖像進入視覺系統的第一個環節，光學信號在視網膜上被轉換成電信號，通過視神經傳入視皮層的神經元海洋之中。眼球是一部全自動聚焦成像圖像採集系統，在性能上超越目前世界上任何一部數碼相機。

眼球上即使很小的損傷都會引起嚴重的視力問題，最普遍的就是近視眼、老花眼。

圖4 人的視覺系統：人眼的解剖結構以及視皮層的信息流（孫新堯繪製，修改自維基百科）

上面的這些錯覺圖形，一開始就是視力正常的人們所設計出來的，隨後正是由於大家覺得這些圖形輕而易舉的就欺騙了他們的眼睛而引起廣泛興趣，並不斷傳播開來。而眼睛出現損傷或者發育異常，往往導致嚴重的視覺感知障礙。因此，從統計學意義上來講，我們的眼睛是正常的。

讓我們更加精確的定義一下視覺錯覺:人們的主觀感覺與圖形的物理參數不匹配的現象。這種感覺與實際不匹配的現象，在絕大多數情況下，並不會對事主的生活造成不良影響。

圖5 兩種由於眼部病變導致的視物不真。 A 右圖為色盲患者眼中的世界。B飛蚊症患者由於眼中出現病變，導致看到的圖像中有類似運動的懸浮物體。

大腦的bug？

我們已知外部世界的圖像通過眼睛的折光系統投射到視網膜上，這一步驟是十分忠實於光學原理的。但是當外部圖像在視網膜上被轉換成電信號並進入大腦之後，皮層對於圖像信息進行了進一步的解讀。這種解讀模式，在經過了億萬年的進化之後，必然是以一種最「接地氣」、最「懂」這個世界的方式進行的。

自然界中的圖像，由於受太陽照射、重力、水流、氣流等因素的影響，總是以一種特定的形態存在，這也將視覺系統塑造成了擅長於處理這類視覺圖形。

而錯覺圖形都是人們通過精心構思設計出來的，在自然界中幾乎很少存在這樣的圖案，而我們的視覺系統作為一種進化的產物，初次遇到這樣的圖形會用它固有的方式去理解，就會出現類似「理解偏差」的現象，是我們的大腦對於圖像的一種固有信息提取方式在遇到新情況下的體現，也可以理解成為一種大腦進化不夠完美而出現的bug。

視覺錯覺現象是好是壞？

由於視覺錯覺圖形在自然界條件下極少存在，一般也不會影響人們的生活，因此這種現象並沒有好壞的屬性，它只是視覺系統基本運作方式的本能體現。

小結

當然，僅僅是發現編碼錯覺輪廓的神經元，對於人們理解和認識視覺系統的基本原理是遠遠不夠的。錯覺，為為我們提供了窺探大腦奧秘的窗口。

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