對稱性的美學吸引力顯而易見，無論您是玩萬花筒的孩子，還是建造泰姬陵作為永恆愛情紀念碑的莫臥兒大帝。 事實證明，這種偏好極大地塑造了我們看待運動中世界的方式。 稍後會詳細介紹。
在自然界（相對於人造世界）中，對稱性——無論我們是在獵物、捕食者、配偶還是母親身上看到它——都充當早期預警系統，吸引您的注意力。 即使是嬰兒，由於視力尚未發育完善，周圍環境的視野模糊，也天生偏愛對稱性。 嬰兒盯著眼睛位置正常的面孔的時間，比盯著獨眼或堆疊眼睛的面孔的時間更長。
對稱的面孔往往被認為比不對稱的面孔更具吸引力。 一些研究人員推測，這種偏愛可能是因為寄生蟲感染會導致受害者出現明顯的面部不對稱。 隨著寄生蟲物種的進化，它不斷嘗試使其表面抗原與宿主的抗原相匹配，以逃避免疫排斥。 與此同時，宿主也面臨著強大的選擇壓力，需要能夠檢測寄生蟲感染和其他可能降低健康水平和繁殖成功率的異常情況。 如果寄生蟲感染髮生在發育的早期階段，它可能會產生輕微的對稱性偏差——因此，使用不對稱性作為標記來避免潛在的健康狀況不佳、基因薄弱或免疫系統受損的配偶具有適應性優勢。
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整體平衡
在 20 世紀初期，格式塔心理學家開始探索對稱性在感知上的重要性。 他們拒絕並攻擊了當時流行的原子論或還原論的感知方法。 格式塔學派，從馬克斯·韋特海默開始，確定了感知組織的“法則”，並強調場景中所有元素的關係，而不是單個元素本身，將如何影響最終的感知。 例如，三個共線的點暗示一條線，但三個不對齊的點會喚起對三角形的明確感知——即使顯示屏缺少三角形的三個邊和三個頂點的標誌 (a)。
圖 b 展示了最基本的格式塔原則之一——將場景組織成“圖形”和“背景”。 即使在新的抽象影像中，物件或事物與背景之間也存在感知上的劃分。 輪廓被認為是屬於圖形的，圖形被認為位於無定形的背景之前。 在這裡您看到一個黑色花瓶，但花一些時間和精力，您應該能夠感知到在深色背景前有兩個白色側面人臉的另一種視覺感知。
格式塔學派確定了許多“法則”來確定顯示屏中什麼是圖形或背景。 總的來說，如果輪廓彼此靠近，它們將被感知為屬於一起，作為同一圖形的一部分，這種趨勢被稱為鄰近法則。 如果輪廓是映象對稱的，它們也會組合在一起並定義一個圖形，稱為對稱法則。
那麼當對稱性與鄰近性相對立時會發生什麼呢？ 對稱性往往占主導地位； 也就是說，我們通常將映象對稱輪廓定義的形狀視為圖形而不是背景 (c)。 我們的大腦選擇對稱性來感知物體。
現在我們回到考慮對稱性如何影響運動處理的想法。 讓我們從似動現象開始，這是一種運動錯覺，例如，當兩個空間上分離的點在快速的時間序列中呈現時（如一串聖誕燈泡似乎來回跳動）。 即使點/燈泡本身沒有移動，您對它們之間運動的感知也是生動的。 由於相同的大腦機制似乎處理真實運動（您的貓穿過房間）和似動現象（節日彩燈），因此似動現象顯示提供了一種研究運動感知的便捷工具。
似動現象
在 20 世紀 80 年代，我們中的一位（Ramachandran）和我們的同事 Stuart M. Anstis 開發了一種稱為雙穩態四重奏的似動現象顯示 (d)。 在這種錯覺中，兩個點同時閃爍（d 中的幀 1），位於一個假想正方形的兩個角上，然後關閉並被剩餘兩個角上的兩個相同的點替換（d 中的幀 2）。 當幀 1 和幀 2 快速交替時，您可以看到似動現象：點似乎左右、左右或上下、上下移動。 感知的運動方向是模糊的或雙穩態的。 您可以看到其中一個或另一個，但您不能同時看到兩者。 這類似於圖 b 中所示的面孔-花瓶錯覺的體驗。
如果將此顯示屏旋轉 45 度，使點定義一個假想菱形而不是正方形，您也會感知到運動路徑旋轉了 45 度。 也就是說，點似乎沿著平行的對角線來回移動。 同樣，存在兩種同樣可能、相互排斥的運動感知：沿正斜率對角線或沿負斜率對角線。 同樣，您應該能夠在兩者之間切換。
考慮一下當我們隨機地將多個雙穩態四重奏分散在計算機顯示屏上時會發生什麼 (f)。 由於每個四重奏都有 50% 的機率被看到沿正軸或負軸運動，您可能會預期出現 50-50 的分裂。 令人驚訝的是，它們都被大腦耦合在一起。 它們最終在整個視野中進行完全相同型別的振盪。 如果您付出強烈的精神努力，您可以導致四重奏短暫解耦，但它們在您的感知中的自然狀態是保持同步。 這個實驗表明，似動現象的感知不是發生在視野不同部分的零碎事件。 存在全域性的連貫性強加。
現在我們透過重新排列雙穩態四重奏場來形成一個“蝴蝶”圖案來引入對稱性，該圖案在垂直軸上是雙邊對稱的。 發生了一件非同尋常的事情：人們看到顯示屏每半部分的四重奏按預期同步，但在對稱軸的另一側，在顯示屏的映象半部分中，所有四重奏都同步到相反的運動方向 (g)。 似乎蝴蝶形狀的整體全域性對稱性將其對稱性強加於感知的運動，這必然意味著顯示屏的兩個半部分的方向相反。 （我們目前正在與我們在加州大學聖地亞哥分校的學生 Elizabeth Seckel 一起探索這種現象。）
模糊的旋轉
因此，對對稱性的需求凌駕於在整個視野中看到相同運動的全域性趨勢之上。 所有感知都取決於確定不同“法則”如何相互作用的優先順序規則層次結構，這些規則反映了世界的統計屬性和生物體生存的需求。
關於運動和對稱性之間相互作用的另一個實驗，您可以自己進行，涉及旋轉芭蕾舞女演員錯覺（h；您可以谷歌搜尋該短語以調出移動顯示）。 視網膜上的是一個變形的陰影——一個黑色輪廓——但您的大腦立即理解它，看到一個年輕女性在她的垂直軸上進行 3-D 旋轉。 如果被問到，您可以自信地回答她旋轉的方向，順時針或逆時針（從上方看）。 但請繼續觀看，因為運動方向再次是模糊的。 透過努力（或首先遮蓋移動顯示屏的除小部分以外的所有部分），您應該能夠翻轉您看到她旋轉的方向。
看到一群這些人物旋轉很有趣； 如果您有一些程式設計技巧，您可以嘗試建立它。 否則，您可以透過開啟多個新頁面，每個頁面都包含相同的影像，並將它們分散在螢幕上來生成合理的顯示。 或者您可以使用多透鏡（昆蟲眼睛）菲涅爾透鏡片（在新奇或科學博物館商店有售），它將光學倍增芭蕾舞女演員。 與早期更簡單的雙穩態運動四重奏一樣，您將感知到所有芭蕾舞女演員同步，一起向右或向左旋轉。 （我們與當時的加州大學聖地亞哥分校研究生 Shai Azoulai 進行了這項實驗。）我們再次建立了一個對稱的蝴蝶狀顯示屏，其中包含多個芭蕾舞女演員，並且再次，大多數受試者立即看到對稱軸一半內的芭蕾舞女演員是同步的——但兩半的人口朝彼此相反的方向旋轉。 換句話說，這兩個場似乎朝向或遠離彼此旋轉。 對對稱性的需求凌駕於在整個場中看到同步運動的需求之上。 （有時，透過精神努力，可以使它們都做同樣的事情，但自發的偏好是看到相反的方向。）您可以透過簡單地將鏡子以直角放置在芭蕾舞女演員旁邊的計算機螢幕上來驗證此結果。
運動和方向的耦合部分基於物體在時間（和速度）上的同步性。 生理學家提出，當個體四重奏或芭蕾舞女演員在多個大腦區域引發的神經衝動同步時，可能會出現這種感知分組。 如果是這樣，如果視野不同部分的芭蕾舞女演員以略微不同的速度旋轉會發生什麼？ 它們還會同步嗎？ 如果芭蕾舞女演員的大小不均勻怎麼辦？ 您可以解耦大小不同的芭蕾舞女演員嗎？ 玩得開心！
注意：本文最初印刷時的標題為“對稱的力量”。