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擁複眼果蠅可被視錯覺影響 或因神經機制與人類相同

2020/8/26 — 18:29

視錯覺 (optical illusion) 圖像會欺騙人類的眼球,最新刊於《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》的研究則發現,擁有複眼的果蠅同樣可被高對比度的靜止視覺圖案迷惑,見到圖案在移動。

參與研究的耶魯大學神經科學家 Damon Clark 在聲明中指,果蠅和人類的最後共同祖先出現在 5 億年前,但這兩個物種卻演化出類似方法感知運動 (motion) ,而了解這些感知方法,將有助更全面理解人類視覺系統。

團隊結合行為測量、基因默化 (gene silencing) 和神經成像多種方法,團隊顯示果蠅 (Drosophila melanogaster) 如有脊椎動物一樣,會在靜止視覺圖案中感知到幻覺運動,因為牠們擁有與人類相同的基礎大腦迴路,只是人類的大腦更加複雜。

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傳統上,人們認為蒼蠅眼和人眼在過去數億年來有非常不同的演化進程,但最近的基因研究發現,在所有動物門中眼睛的遺傳基礎都一樣。基於這些發現,有學者則認為動物原本只有一類原始眼睛,隨後才演化成不同形成的眼。

各類眼睛相似之處仍然顯而易見。先前對視錯覺的研究表明,非人類靈長類動物、貓和魚都可被視錯覺圖迷惑觀察到理應不存在的運動,但學界從來無在如果蠅一類與人類基因相差巨大的物種上測試。

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過去一些證據表明我們在這些靜態視錯覺圖像中看到運動,是因為這些圖像有較高對比度,容許大腦大腦展示數據的順序處理速度更快,從而以產生運動錯覺。其他證據則將這類現象歸咎於我們眼睛在檢查東西時產生的微小、非自願性抽搐,而這兩種解釋都可能同時正確。

團隊則發現,果蠅在視錯覺圖(如下圖)附近飛行時,會轉飛向圖,顯示牠們看到了不存在的運動。團隊再以神經成像技術探測果蠅大腦活動,發現果蠅看到圖後首先觸發方向選擇神經元 T4 和 T5 的活動,而當團隊移除這些神經元時,果蠅對高對比度視錯覺圖的幻覺會消失。

Illusion credit to A. Kitaoka; illustrated by R. Tanaka

Illusion credit to A. Kitaoka; illustrated by R. Tanaka

進一步檢查顯示 T4 和 T5 以相反方向上起作用,關閉其中一個神經元中,果蠅的行動方向與兩個神經元都處於活動狀態相反。換言之,這些與方向選擇神經元與果蠅對刺激有或無反應之間,存在微細的不平衡。

團隊解釋,當使 11 個人類觀察者適應移動的視錯覺圖光或暗邊緣時,他們的感知幅度和方向亦受圖影響,表明與蒼蠅相似的機制,也可能是人類視錯覺的基礎。因此團隊認為,人類大腦結構中有某些東西正在驅動這些幻覺,亦可以解釋為何眼睛在某方向的微小運動以及高對比度圖也成為視幻覺的罪魁禍首。

來源:
Science Alert, Flies Fall For Optical Illusions Just Like Us, Despite Millions of Years of Evolution, 25 August 2020

報告:
Agrochao, M., Tanaka, R., Salazar-Gatzimas, E. & Clark, D.A. (2020). Mechanism for analogous illusory motion perception in flies and humans. PNAS Aug 2020, 202002937. DOI: 10.1073/pnas.2002937117

文/Alan Chiu

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