為何這張圖片會讓你有墜入黑洞的感覺？新研究有解釋

看看上圖。有種自己好像要掉進去的感覺，不是嗎？就好像黑暗正步步逼近，要是你盯太久，似乎就要將你吞噬。為何會有這樣的感覺呢？

一項新研究有了解釋，而這一切都歸結於我們眼睛裡的單個細胞彼此間是如何相互作用的。

這是視錯覺領域的經典案例：「擴大黑洞錯覺展示了靜態圖片如何引發強烈的運動感，挑戰了傳統的運動知覺觀點。」該論文解釋道。目前這篇論文是預印本，尚未經過同行評審。

這個錯覺的效果很強，甚至能引發生理反應：盯著這個看似在擴大的黑洞，你的瞳孔真的會放大，就好像要對抗黑暗的增加。但我們的眼睛和大腦裡究竟發生了什麼，才導致這一切呢？

研究作者稱，關鍵似乎在於我們眼睛最基本的運作方式。「透過此前報導的心理物理實驗以及我們在生物衍生建模方面的研究，我們發現，這種錯覺很可能源於早期視覺區域中依賴對比度的側向相互作用。」他們寫道。

要理解這是什麼意思，我們得先解釋一下眼睛是如何識別所看到的東西的。具體來說，我們要談的是視網膜神經節細胞（RGCs），它們是位於視網膜內表面附近的神經元，負責將視覺刺激訊號傳送到大腦。

這些細胞發射訊號的方式並不相同。「視網膜神經節細胞的感受野有著非常基本的結構，類似兩個同心圓。」明尼蘇達大學的《感覺與知覺入門》一書解釋道，「這種同心感受野結構通常被稱為中心-周邊組織。」

所以，根據視覺刺激在你眼前的位置，也就是它落在這兩個同心圓的哪裡，不同的視網膜神經節細胞會做出不同反應。它們的反應方式很有特點：「中心興奮型視網膜神經節細胞會對黑暗背景下的亮斑做出反應，就像黑暗天空中的星星。」書中解釋道，而「中心抑制型視網膜神經節細胞會對明亮背景下的暗斑做出反應，就像明亮天空中的蒼蠅。」

書中還補充道：「如果光線落在整個感受野，而不只是中心位置，細胞發射訊號的頻率不會高於基準水平。」

總的來說，我們的視網膜神經節細胞一直在留意事物的邊界，毫不誇張。事實上，它們一心想找出視覺刺激在現實世界中的起始和終止位置，所以它們還會進行一種叫做「側向抑制」的活動。在這個過程中，一旦有一個細胞發現有東西要發射訊號，它也會向周圍的細胞發出訊息，告訴它們先安靜一會兒。

接下來就談到擴大黑洞錯覺了。看看這張圖片（如果你能受得了的話），你馬上就會發現，其實真的沒有太多明顯的邊界，不是嗎？那我們的視網膜神經節細胞要如何理解它呢？

事實證明，有個相當巧妙的方法可以解釋，而且這和你中學時做手工藝作品時讓作品出彩的方法有異曲同工之妙。

「對圖片應用高斯濾波器會生成平滑或模糊版的圖片。」論文指出。

「高斯差分濾波器（DoG）是一種廣泛使用的計算方法，用於模擬視網膜神經節細胞的感受野特性。」論文解釋道，「高斯差分濾波器的輸出是透過減去同一圖片的兩個不同模糊版本得到的，實際上起到了帶通濾波器的作用。」

換句話說，你知道那些加了濾鏡展示「狗狗眼中的世界」或「色盲眼中的世界」的圖片吧？這個效果和那種類似，只是結果展示的是「部分視網膜神經節細胞眼中的世界」。根據你使用的具體高斯差分濾波器不同，你可以改變自己是以哪種視網膜神經節細胞的角度去看待事物，也就可以改變哪些型別的細胞受到抑制。

在五種不同的高斯差分濾波器實驗中，增加發射訊號的視網膜神經節細胞半徑的效果非常明顯：「中心高斯濾波器的尺度……從4以4為增量增加到20，增強了高斯差分濾波器對中心區域對比度的敏感度，並模擬了向前運動的動態效果。」論文指出，「這種增強的反應在視覺上強化了原始圖案中感知到的擴大效果。」

基本上，這意味著不同的視網膜神經節細胞對圖片的解讀不同，有些看到的黑色區域較小，有些看到的則較大。但它們都同時向大腦匯報這些影象，導致大腦得出一種困惑的結論：「嗯，也許這是個移動的物體？」

「研究結果表明，擴大黑洞錯覺是複雜神經相互作用的結果，尤其是視覺皮層中基於對比度的側向抑制作用。」研究人員寫道，「知覺上的擴大強度與生理上的瞳孔反應一致，這表明這種錯覺不只是知覺上的，還涉及不同神經迴路的協調處理。」

「我們的模型與此前有關視覺運動錯覺的研究相符，拓展了這些見解，用以解釋擴大黑洞錯覺。」他們補充道。

那問題來了，我們為何要關注這項研究呢？視錯覺很有趣，但也不是什麼高深難懂的事。為何嚴肅的研究人員要花時間解釋，在某些條件下，我們為何有時會把靜態圖片看成是「運動的」呢？

事實上，有幾個理由值得我們關注這項研究。而且，就像常見的情況一樣，實際的研究結論只是其中之一。就算是它所闡明的其他錯覺也不是最重要的收穫。儘管論文提到了不少著名的例子，表明研究結果可以幫助解釋它們，而且其他專家也已經在思考如何將其應用於自己的研究領域。

例如，「我也許可以用它來理解我們在自然界中看到的圖案，這讓我很興奮。」埃克塞特大學的視覺生態學家喬利恩·特羅西揚科對《新科學家》雜誌表示，他未參與這項新研究。「斑馬條紋、蝴蝶翅膀圖案，以及所有這些常常難以理解的東西。」

但這項研究最廣泛適用的好處在於概念方面。到目前為止，對這種錯覺原理的解釋「非常籠統且含糊不清」，特羅西揚科說，其中涉及到我們大腦在試圖將二維圖片處理成三維「黑洞」時產生混淆的想法。

然而，這個新理論更簡單，無論是作為一種解釋，還是作為一個可驗證的假設。此外，它提出了一種思考某些視錯覺的新思路：論文認為，它們可能只是基本神經元反應的物理結果，而不總是高階認知過程的結果。

當然，那些更複雜的解釋「可能是正確的，你無法證偽它們。」特羅西揚科告訴《新科學家》雜誌，「但如果你提出的解釋依賴於大腦中相對早期的視覺處理機制，那麼對我來說，那更有用。」

這項研究已作為預印本釋出，尚未經過同行評審，可在arXiv上查閱。