光学错觉利用了大脑的偏见，欺骗大脑，使其对图像的感知与图像的真实情况不同。现在，科学家们在小鼠身上利用光学错觉来揭示关于大脑如何处理视觉信息的隐藏见解。
这项研究的重点是霓虹色扩散错觉，它将细线的图案融入纯色背景中。这些线的一部分是不同的颜色——例如上图中的酸橙绿色——大脑将这些线感知为一个具有清晰边界的实体形状的一部分——在本例中是一个圆形。闭合形状也显得比周围的线条更亮。
这种错觉会导致人脑错误地填充并感知不存在的轮廓和亮度，这已是公认的事实——但对于大脑发生这种情况时到底发生了什么，一直存在争论。现在，科学家们首次证明这种错觉也适用于小鼠，这使他们能够窥视啮齿动物的大脑，看看发生了什么。
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具体来说，他们放大了大脑中被称为视觉皮层的部分。当光线照射到我们的眼睛时，电信号通过神经传递到视觉皮层。该区域处理视觉数据并将其发送到大脑的其他区域，使我们能够感知周围的世界。
视觉皮层由六层神经元组成，这些神经元依次编号为V1、V2、V3等等。每一层都负责处理照射到眼睛的图像的不同特征，其中V1神经元处理第一层也是最基本的数据层，而其他层则属于“更高级的视觉区域”。这些神经元负责比V1神经元更复杂的视觉处理。
直到现在，科学家们一直在争论V1神经元在多大程度上会对错觉亮度做出反应，例如人们在观察霓虹色扩散错觉时感知到的亮度。在一系列小鼠实验室实验中，研究人员现在已经表明，这些神经元在这个过程中起着 fundamental 的作用，并且它们的活动也受到来自V2神经元的反馈的调节。因此，视觉皮层的不同层之间存在来回的互动。
研究人员在4月23日发表在《自然·通讯》杂志上的一篇论文中表示，这些知识可能有助于我们加深对意识的理解。
东京大学系统创新系副教授渡边正孝在给Live Science的电子邮件中说：“在处理错觉过程中观察到的V1和V2之间的关系意味着意识是一个自上而下的过程”，而不是一个自下而上的过程。
这是霓虹色扩散错觉的另一种版本。在这种情况下，大脑将彩色蓝线感知为属于一个蓝色圆圈，但实际上，背景仍然是白色的，蓝线并没有形成一个闭合形状。
blebspot via Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
自上而下的处理是指我们的大脑通过考虑先前的经验来解释我们周围环境的方式，而不是仅仅依赖视觉刺激。相比之下，纯粹的自下而上的处理会获取图像的不同特征，并将它们像拼图碎片一样拼接在一起，在没有个人记忆输入的情况下形成连贯的图像。
其他研究表明，意识是一个自上而下的过程，但渡边说，这项小鼠研究为此提供了直接证据。然而，答案并非非黑即白，因为有些人认为意识可能产生于两者的混合。
新的证据是什么？在这项研究中，研究人员向小鼠展示了霓虹色扩散错觉和其他看起来相似但不触发错觉的图案的组合。与此同时，渡边和他的同事使用植入啮齿动物大脑的电极测量了神经元的活动。
该团队还通过评估小鼠眼睛中的瞳孔扩张或收缩的程度来测量小鼠是否将错觉视为明亮的。这种反应与人类感知光照水平变化时看到的反应相符。
V1神经元对错觉图像和非错觉图像都有反应，但它们对前者的反应时间更长。该团队报告称，这支持了这样一种理论，即V1神经元需要来自更高级视觉区域的反馈才能处理这类错觉。
然后，研究人员尝试通过实验抑制更高级视觉区域神经元的活动，发现V1神经元不太可能对错觉做出反应。这进一步证明，需要更高级的反馈回路才能感知到错觉。
渡边说，展望未来，该团队计划进行进一步的研究，在这些研究中，他们将干扰小鼠更高级视觉区域神经元的活动。他们希望这将有助于更多地了解小鼠乃至人类意识背后的神经机制。
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