人腦是如何加工物體運動信息的?如果出現異常會如何?

1983年的某天,德國慕尼黑馬普精神病學研究所迎來了一位特殊的女患者。這位名叫M.P.的43歲婦女,看不到物體的連續運動。

在她的眼睛裡,運動的物體只不過是一張張變換的靜止圖像。當她看運動的物體時,她先看到這個物體先在某個位置固定不動,然後一下子跳到另一位置,絲毫看不到連續變化。

就好比下面這兩張動圖,我們正常人看到的是這樣的:

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我們能清晰地看到這個動物的動作是連續的。但是,在M.P.等患者眼裡,就變成下圖這樣

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她看到的只是一個個不連續的圖像拼湊起來的景象!

故當倒茶時,她看不到茶水在茶杯裡逐漸升高的過程,而是看到水面跳躍式地長高。而水面即使超過了茶杯口,溢出來了,她總是不能及時發現。

如果她在斑馬線看見某位彈著吉他,走向自己的小夥子時,她看到的就類似於下圖:

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如果說這種景象已經很奇怪了,那麼另一位男子看到的現象就更滑稽。

有一位47歲男子,他描述自己看到的物體運動,是一串不動的鏡像。“我看靜止的物體都是正常的,但是一旦它們運動起來,我就能看到它們前一刻留下的鏡像。

舉例來說,當我們在空中看到空中飛行的網球是類似下圖這樣的:

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我們只能看到唯一一個網球在運動。但是,在這位中年男子的眼中,他看到的不只有一個球,它還有之前運動中遺留下的球,如下圖

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所以,當他遛狗時,他能看到小狗後面排著一連串同樣的小狗。他不敢開車,因為每一輛車子、每一條街道、每一個記號都會有許許多多快照一樣的影像把他弄糊塗。

“我看到的每一個運動的光源後面,都拖著一條彗星一樣的尾巴”。

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“我看到的每一個運動的光源,後面都拖著一條彗星一樣的尾巴”

大家看到這一幕,都可能會覺得不可思議。有人可能會認為他看到的是幻覺!確實是“幻覺”,只不過這是一種“運動視覺障礙“引起的幻覺!

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為什麼會出現這種運動視覺障礙?

要理解這個問題,需要從大腦的結構開始講起。在人的顱骨下面是我們的大腦,大腦根據其特徵其實可以分為皮質區和非皮質區,其中皮質區也稱為皮層。皮層是大腦最主要的區域,上面有密密麻麻控制人類日常生活方方面面的功能區。

人們根據皮層在空間位置的不同,從腦門處向後依次分為額葉、頂葉、枕葉,而位於人耳部左右的被成為顳葉

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而感知人眼睛看到的內容的區域就位於枕葉。下圖就是人眼看到的信息,最終傳輸到枕葉視覺區域的示意圖:

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我們可以看到,人眼的視覺感知區域是交叉的,比如左眼感知的部分內容會交叉傳輸到右枕葉,同理,右眼類之。這種結構設計當然是有一定道理的,其中最大的用處是用來增大人眼感知外界視角,同時也用來減少左右眼感知外界事物時可能存在的視覺差。

而當視覺信息達到枕葉之後,它並不會完全就在枕葉得到處理。實際上,這個過程需要非常複雜的分工。人們根據視覺信號處理的分工,將其大致分為了初級視覺皮層和高級視覺皮層。而進行細緻分解時,會有V1區(初級視皮層)、V2區(識別形狀)、V3區等等區域。詳細見下圖:

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可能看起來會很費解,但是沒有關係。只要知道,視覺信號會通過這種方式,由初級視覺皮層逐漸分層進行分解和傳遞。越往高級結構走,分析就越複雜。現在,人們將這個信息傳遞和分解的過程大致分為2條通路:背側通路和腹側通路。我們也可以在下圖的示意圖中,清晰地看到信號在V1、V2、V3等等區域間進行傳遞。

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我們可以看到,對視覺信息的感知和理解,其實並不只在枕葉中進行,而是在全腦進行的

但是,人們現在已經知道,主管運動知覺的皮層在中顳葉。人們通過動物實驗,發現中顳葉的神經細胞對運動方向非常敏感,這些細胞和初級視皮層中對運動方向敏感的細胞有直接聯繫。而初級視皮層中對運動方向敏感的細胞與更外周部分中對運動方向敏感的細胞有聯繫。

到這裡,我們就可以來解釋開篇時看到的神奇現象了。

人們在對那位名叫M.P.的患者進行CT檢查時,發現她的雙側顳、頂葉皮層存在大面積損傷,這些損失區域正好就是主管運動知覺的。

可能在某種巧合之下,M.P.的中顳葉感知運動的區域存在了類似“接觸不良”的現象:時而信息通路通暢,時而信息通路斷路。於是,就看到了一幀一幀的視覺“奇觀”。

而那位男子的運動視覺障礙,則與他服用抗抑鬱藥引起的副作用有關。因為他停藥之後,這些症狀就消失了。科學家認為,可能是抑鬱藥影響了從初級視皮層到中顳葉皮層的通路,讓視覺信息長時間停留在中顳葉皮層,進行反覆的感知,於是就看到了“一長串的小狗”以及“拖著彗星尾巴的光源”。

文章到了這,基本就解決了從文章開頭遺留下的問題。但是,其實,這裡又給我們埋下了一個更大的潛在問題:人是怎麼看到物體運動的呢?

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人是怎樣覺察到物體運動的?

我們知道,運動的物體對於動物來說,意味著食物、敵人或配偶,因此檢測到運動物體關係到動物的生存。

為什麼我們能覺察到物體的運動呢?這裡面其實有兩種機制在起作用。

第一種機制,也是一般人都能理解的,當我們眼睛只看著前方某個目標(一直保持),然後你用手指在眼線裡輕輕滑過,雖然你可能因為沒有對其進行聚焦,但是,你能明顯感受到手指的運動。

這種感知運動的方式,與運動物體的像在視網膜上的運動有關。當運動物體的像通過晶狀體,投射到視網膜上時,運動的物體的像會在視網膜上不同的感知細胞上引起時間先後上的變化。而這種變化信息,最終會由視神經傳輸給大腦,於是大腦就覺察到它的運動了。

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但是,在生活中,我們的眼球是無時不刻都在運動的。眼球的聚焦是必需的,因為只看到模糊的景象並不能滿足我們的現實需求。

如果當眼球一直聚焦在運動的物體上,我們還能覺察到運動嗎?這時,因為我們的眼睛死死地盯在運動的物體上,所以運動物體的像在我們的視網膜裡成像的位置是固定的,也就是視網膜上感受不到之前的那種信息變化,所以理論上大腦應該也覺察不到運動的變化。

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運動的眼球

可能有人會說,雖然運動物體在視網膜上的像保持不變,但是運動物體所處的背景環境是變化的啊。

但是,這其實是錯的!

科學家為此特地設計了一個巧妙的實驗:他們在一間無比漆黑的房間裡,找來志願者,然後點燃一支菸,因為菸頭會發出紅色的光,我們能夠覺察到它,但是除此之外,什麼都看不見。即所謂背景環境的變化從根本上得到剔除。於是,他們將志願者安排在遠處,囑咐志願者盯著菸頭,然後慢慢地移動菸頭,只要志願者感覺到它在運動,就告知科學家。

人腦是如何加工物體運動信息的?如果出現異常會如何?

實驗中,漆黑房間裡,志願者只能看到類似上面發亮的菸頭

結果,志願者們都能很清晰地準確地感知運動的菸頭。

從這個實驗,我們基本上可以否定所謂“背景環境的運動變化”讓人們覺察到運動的觀點。那麼是什麼讓人們即使在這種情況下,也能看見運動呢?

現在的人們基本上已經知道原因:眼睛覺察到運動狀態取決於兩種因素,一是像在視網膜上的移動;二是眼球相對於頭的運動。

人腦是如何加工物體運動信息的?如果出現異常會如何?

驅動眼球運動的肌肉信號,幫助大腦感知運動

前者已經很好理解了。後者說的是,眼球的運動其實在告訴大腦,它所跟蹤的目標是運動的,並以此來感知運動。

人腦是如何加工物體運動信息的?如果出現異常會如何?

其實,人是如何感知運動的,並不是一個簡單的問題。雖然,人們已經有相當多的理論來解釋它,而且也取得相當不錯的效果。但是,人腦是如何來處理分析這些信息的,依然是個迷。

現在,全世界的很多科學家都非常看重對這方面的研究。但是,當人們踏入視覺的大門,就會發現自己來到一片茫茫大海,眼前除了一望無際的海水,還看不到極為重要的東西。

即便如此,但如果人類能對大腦進行解析,那麼人類的新時代就將來領!

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