运动的双重性:为何同一个刺激能带来两种不同的运动感知?

运动感知是指根据视觉、前庭和本体感觉输入推断场景中元素的速度和方向的过程。尽管对于大多数观察者来说,这个过程似乎显而易见,但从计算和神经处理的角度来看,这个问题却相当困难。许多学科,包括心理学、神经学、神经生理学、工程学和计算机科学,都对运动感知进行了深入研究。

神经心理学

对运动的无法感知称为运动失认(akinetopsia),这可能是由于大脑外层皮质的V5区域损伤所引起。对于一个无法感知运动的患者的神经心理学研究显示,人类的视觉区域V5与非人类灵长类动物的运动处理区域V5/MT是同源的。

第一类运动感知

当两个或多个刺激交替开关时,可以产生两种不同的运动感知。第一种被称为β运动,它以黄色小球的图形为例,构成电子新闻标签显示的基础。然而,在更快的交替速率下,当刺激之间的距离最佳时,会出现传送物体的幻觉,该物体与背景颜色匹配,似乎在刺激之间移动,交替遮挡它们。这一现象称为φ现象,通常被描述为“纯”运动检测的例子,与形状提示无关。尽管如此,这一描述在某种程度上是矛盾的,因为创造这种没有图形感知的运动是不可能的。

φ现象被称为“第一类运动感知”。

第二类运动感知

第二类运动是指移动轮廓是由对比、质地、闪烁或其他质量定义的,而这些质量的变化并不会在刺激的傅里叶频谱中引起亮度或运动能量的增加。早期的证据表明,第一类和第二类运动的早期处理是由不同路径进行的。对第二类运动的反应通常较差,并且在空间频率响应范围内呈低通特征。

运动整合

有些人推测,在从网膜图像中提取假设的运动信号(第一类或第二类)之后,视觉系统必须将各个局部运动信号整合到视觉场的各个部分,形成代表移动物体和表面的二维或全域表示。进一步的处理还需要检测场景中存在的连贯运动,这种能力通常通过运动一致性判断任务来测试。

运动在深度中的感知

如同视觉的其他方面一样,观察者的视觉输入通常不足以确定刺激源的真实特征,在这个情况下,即它们在真实世界中的速度。单眼视觉提供的将是三维场景的二维投影。二维图像中存在的运动线索通常不足以重建三维场景中存在的运动。事实上,许多三维场景可以与单一的二维投影相容。

运动的认知地图

认知地图是一种心理表征,帮助个体获取、编码、存储、回忆和解码有关其空间环境中的相对位置和现象属性的资讯。大鼠的地方细胞与其他类型的神经元一起工作,执行这类空间处理,但它们在海马体中的作用仍在研究中。

神经生理学

利用视觉感知运动对于发现潜在配偶、猎物或掠食者至关重要,因此在许多不同物种的脊椎动物和无脊椎动物的视觉中都能找到这一过程。运动感知的方向选择单位的研究始于1959年大卫·胡贝尔和托尔斯滕·维塞尔在猫脑皮层中的发现。

结论

运动感知的研究不仅是理解我们如何感知世界的重要一环,还揭示了视觉系统的高度复杂性。这些探讨帮助我们更深入了解人类和动物在复杂环境中如何迅速适应和反应。面对相同的视觉刺激,为何不同的生物能感知出不同的运动方向和速度呢?

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