对称性的美学吸引力显而易见，无论您是玩万花筒的孩子，还是建造泰姬陵作为永恒爱情纪念碑的莫卧儿大帝。 事实证明，这种偏好极大地塑造了我们看待运动中世界的方式。 稍后会详细介绍。
在自然界（相对于人造世界）中，对称性——无论我们是在猎物、捕食者、配偶还是母亲身上看到它——都充当早期预警系统，吸引您的注意力。 即使是婴儿，由于视力尚未发育完善，周围环境的视野模糊，也天生偏爱对称性。 婴儿盯着眼睛位置正常的面孔的时间，比盯着独眼或堆叠眼睛的面孔的时间更长。
对称的面孔往往被认为比不对称的面孔更具吸引力。 一些研究人员推测，这种偏爱可能是因为寄生虫感染会导致受害者出现明显的面部不对称。 随着寄生虫物种的进化，它不断尝试使其表面抗原与宿主的抗原相匹配，以逃避免疫排斥。 与此同时，宿主也面临着强大的选择压力，需要能够检测寄生虫感染和其他可能降低健康水平和繁殖成功率的异常情况。 如果寄生虫感染发生在发育的早期阶段，它可能会产生轻微的对称性偏差——因此，使用不对称性作为标记来避免潜在的健康状况不佳、基因薄弱或免疫系统受损的配偶具有适应性优势。
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整体平衡
在 20 世纪初期，格式塔心理学家开始探索对称性在感知上的重要性。 他们拒绝并攻击了当时流行的原子论或还原论的感知方法。 格式塔学派，从马克斯·韦特海默开始，确定了感知组织的“法则”，并强调场景中所有元素的关系，而不是单个元素本身，将如何影响最终的感知。 例如，三个共线的点暗示一条线，但三个不对齐的点会唤起对三角形的明确感知——即使显示屏缺少三角形的三个边和三个顶点的标志 (a)。
图 b 展示了最基本的格式塔原则之一——将场景组织成“图形”和“背景”。 即使在新的抽象图像中，对象或事物与背景之间也存在感知上的划分。 轮廓被认为是属于图形的，图形被认为位于无定形的背景之前。 在这里您看到一个黑色花瓶，但花一些时间和精力，您应该能够感知到在深色背景前有两个白色侧面人脸的另一种视觉感知。
格式塔学派确定了许多“法则”来确定显示屏中什么是图形或背景。 总的来说，如果轮廓彼此靠近，它们将被感知为属于一起，作为同一图形的一部分，这种趋势被称为邻近法则。 如果轮廓是镜像对称的，它们也会组合在一起并定义一个图形，称为对称法则。
那么当对称性与邻近性相对立时会发生什么呢？ 对称性往往占主导地位； 也就是说，我们通常将镜像对称轮廓定义的形状视为图形而不是背景 (c)。 我们的大脑选择对称性来感知物体。
现在我们回到考虑对称性如何影响运动处理的想法。 让我们从似动现象开始，这是一种运动错觉，例如，当两个空间上分离的点在快速的时间序列中呈现时（如一串圣诞灯泡似乎来回跳动）。 即使点/灯泡本身没有移动，您对它们之间运动的感知也是生动的。 由于相同的大脑机制似乎处理真实运动（您的猫穿过房间）和似动现象（节日彩灯），因此似动现象显示提供了一种研究运动感知的便捷工具。
似动现象
在 20 世纪 80 年代，我们中的一位（Ramachandran）和我们的同事 Stuart M. Anstis 开发了一种称为双稳态四重奏的似动现象显示 (d)。 在这种错觉中，两个点同时闪烁（d 中的帧 1），位于一个假想正方形的两个角上，然后关闭并被剩余两个角上的两个相同的点替换（d 中的帧 2）。 当帧 1 和帧 2 快速交替时，您可以看到似动现象：点似乎左右、左右或上下、上下移动。 感知的运动方向是模糊的或双稳态的。 您可以看到其中一个或另一个，但您不能同时看到两者。 这类似于图 b 中所示的面孔-花瓶错觉的体验。
如果将此显示屏旋转 45 度，使点定义一个假想菱形而不是正方形，您也会感知到运动路径旋转了 45 度。 也就是说，点似乎沿着平行的对角线来回移动。 同样，存在两种同样可能、相互排斥的运动感知：沿正斜率对角线或沿负斜率对角线。 同样，您应该能够在两者之间切换。
考虑一下当我们随机地将多个双稳态四重奏分散在计算机显示屏上时会发生什么 (f)。 由于每个四重奏都有 50% 的概率被看到沿正轴或负轴运动，您可能会预期出现 50-50 的分裂。 令人惊讶的是，它们都被大脑耦合在一起。 它们最终在整个视野中进行完全相同类型的振荡。 如果您付出强烈的精神努力，您可以导致四重奏短暂解耦，但它们在您的感知中的自然状态是保持同步。 这个实验表明，似动现象的感知不是发生在视野不同部分的零碎事件。 存在全局的连贯性强加。
现在我们通过重新排列双稳态四重奏场来形成一个“蝴蝶”图案来引入对称性，该图案在垂直轴上是双边对称的。 发生了一件非同寻常的事情：人们看到显示屏每半部分的四重奏按预期同步，但在对称轴的另一侧，在显示屏的镜像半部分中，所有四重奏都同步到相反的运动方向 (g)。 似乎蝴蝶形状的整体全局对称性将其对称性强加于感知的运动，这必然意味着显示屏的两个半部分的方向相反。 （我们目前正在与我们在加州大学圣地亚哥分校的学生 Elizabeth Seckel 一起探索这种现象。）
模糊的旋转
因此，对对称性的需求凌驾于在整个视野中看到相同运动的全局趋势之上。 所有感知都取决于确定不同“法则”如何相互作用的优先级规则层次结构，这些规则反映了世界的统计属性和生物体生存的需求。
关于运动和对称性之间相互作用的另一个实验，您可以自己进行，涉及旋转芭蕾舞女演员错觉（h；您可以谷歌搜索该短语以调出移动显示）。 视网膜上的是一个变形的阴影——一个黑色轮廓——但您的大脑立即理解它，看到一个年轻女性在她的垂直轴上进行 3-D 旋转。 如果被问到，您可以自信地回答她旋转的方向，顺时针或逆时针（从上方看）。 但请继续观看，因为运动方向再次是模糊的。 通过努力（或首先遮盖移动显示屏的除小部分以外的所有部分），您应该能够翻转您看到她旋转的方向。
看到一群这些人物旋转很有趣； 如果您有一些编程技巧，您可以尝试创建它。 否则，您可以通过打开多个新页面，每个页面都包含相同的图像，并将它们分散在屏幕上来生成合理的显示。 或者您可以使用多透镜（昆虫眼睛）菲涅尔透镜片（在新奇或科学博物馆商店有售），它将光学倍增芭蕾舞女演员。 与早期更简单的双稳态运动四重奏一样，您将感知到所有芭蕾舞女演员同步，一起向右或向左旋转。 （我们与当时的加州大学圣地亚哥分校研究生 Shai Azoulai 进行了这项实验。）我们再次创建了一个对称的蝴蝶状显示屏，其中包含多个芭蕾舞女演员，并且再次，大多数受试者立即看到对称轴一半内的芭蕾舞女演员是同步的——但两半的人口朝彼此相反的方向旋转。 换句话说，这两个场似乎朝向或远离彼此旋转。 对对称性的需求凌驾于在整个场中看到同步运动的需求之上。 （有时，通过精神努力，可以使它们都做同样的事情，但自发的偏好是看到相反的方向。）您可以通过简单地将镜子以直角放置在芭蕾舞女演员旁边的计算机屏幕上来验证此结果。
运动和方向的耦合部分基于物体在时间（和速度）上的同步性。 生理学家提出，当个体四重奏或芭蕾舞女演员在多个大脑区域引发的神经冲动同步时，可能会出现这种感知分组。 如果是这样，如果视野不同部分的芭蕾舞女演员以略微不同的速度旋转会发生什么？ 它们还会同步吗？ 如果芭蕾舞女演员的大小不均匀怎么办？ 您可以解耦大小不同的芭蕾舞女演员吗？ 玩得开心！
注意：本文最初印刷时的标题为“对称的力量”。