觸控錯覺

令人震驚的欺騙揭示了觸覺資訊在大腦中是如何處理的

人類和所有靈長類動物一樣,都是高度視覺化的生物。我們大腦後部的大部分割槽域都致力於視覺處理,皮層的一半與視覺有關。此外,當視覺輸入與其他感官的線索衝突時,視覺往往占主導地位。這種優勢就是為什麼例如腹語術如此引人入勝的原因。我們看到木偶在說話,並且我們被愚弄地聽到聲音來自它——科學家稱之為“視覺捕獲”的案例。(然而,閉上眼睛,我們可以正確地將木偶的聲音定位到腹語術表演者。)

如果來自視覺和觸覺的資訊不相容,視覺優勢可能會導致我們實際感受到的事物與僅依靠觸覺(不看)時不同。

彎曲的觸覺


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在 1930 年代 James Gibson 的一個簡單但引人注目的演示中,首先向受試者展示一根短而直的金屬棒,並要求他在閉著眼睛的情況下觸控它。當然,他正確地感覺到它是直的。然後他鬆開杆子,被要求睜開眼睛向下看。他不知道的是,這是同一根杆子,但透過楔形稜鏡觀察,這使得杆子看起來是彎曲的而不是直的。毫不奇怪,他現在報告說看到了一根彎曲的杆子。但是,當他看著杆子並伸手觸控它時會發生什麼呢?受試者報告說沒有任何異常:他們沒有注意到感官之間的競爭、不穩定或平均化;他們看到是彎曲的杆子,他們也只是感覺它是彎曲的。

簡而言之,視覺重定向了觸覺感知,從而不會產生衝突。同樣,加州大學伯克利分校已故的 Irvin Rock 表明,當單個簡單物體的形狀或大小感知在感官之間發生衝突時(透過引入扭曲透鏡),主動觸控傳遞的感知會被修改以符合視覺感知。

視覺影響觸覺的另一個例子發生在幻肢患者身上。截肢手臂後,絕大多數患者繼續生動地感覺到缺失手臂的存在,這種現象在 1800 年代後期被醫生兼作家 Silas Weir Mitchell 稱為幻肢。許多人報告說,他們的幻肢是凍結的,麻痺在恆定或固定的位置,有時會感到疼痛。

我們想知道幻肢的觸覺是否會受到視覺輸入的影響。我們將一面鏡子放在病人面前的桌子上,沿著他的中線,並要求他將完好的手臂和殘肢/幻肢手對稱地放置在鏡子的兩側 (a)。當他看著鏡子中正常手的反射時,他體驗到幻肢在視覺上覆活了。值得注意的是,如果患者在看著鏡子中的反射時移動他的正常手,那麼之前凍結的幻肢似乎變得活躍起來;他不僅看到了手,而且還感覺到了它的移動。在某些情況下,這種感覺似乎減輕了與幻肢相關的疼痛。

視覺捕獲效應也表明我們需要對世界有一個單一、明智的敘述。也就是說,我們(我們的大腦)傾向於重新解釋或丟棄一些資訊,即使這樣做可能會產生錯誤或錯覺(如腹語術的情況)。視覺的這種影響導致了研究中的一種視覺沙文主義,導致科學家較少關注其他感官。

頭部觸控?

這些跨模態錯覺的神經基礎尚未得到詳細研究。埃默裡大學的 Krish Sathian 和哈佛大學的 Alvaro Pasqual-Leone 最近的研究表明,在某些情況下,體感訊號(與觸覺有關的訊號)可能在初級視覺皮層中被看到——例如,在盲人盲文閱讀器中。在大腦體感中心處理的觸覺訊號實際上可能會將反饋一直髮送到視覺處理的非常早期階段,而不是僅僅在更高的層面上進行組合。關於視覺捕獲的研究表明,相反的情況也可能是正確的——也就是說,視覺輸入可能會投射到傳統上被認為是初級體感皮層的區域。感官之間的這些相互作用,除了讓我們瞭解大腦資訊處理機制外,還可以為神經系統疾病的康復提供有用的工具。

我們想在這裡考慮一些與視覺錯覺驚人相似的觸覺錯覺。嘗試以下實驗。將兩枚硬幣放入冰箱冷藏(可能 20 分鐘)。取出它們並將它們放在桌子上,並排排列一枚保持在室溫下的類似硬幣,這樣這三枚硬幣現在排成一排。現在將一隻手的食指和無名指尖放在兩枚冷硬幣上,中指放在中間的硬幣上。令人驚訝的是,中指感覺同樣冷。也許大腦的溫度感應通路根本沒有分辨兩個離散來源的分辨能力。然而,中指除非與中性硬幣接觸,否則不會感到冷;如果從中沒有出現觸覺,大腦不願意“填充”或將寒冷歸因於該區域。

但是,這種填充機制有多“聰明”呢?如果中指壓在天鵝絨或砂紙上而不是硬幣上會怎麼樣?它是否必須與食指和無名指觸控的東西相似?如果是這樣,有多相似?並且這種對寒冷的插值是否發生在感覺處理的早期——例如,在脊髓或丘腦(感覺輸入大腦的“門戶”)中?還是發生在“更高層次”的大腦後期處理階段?

一種找出答案的方法是看看如果你只是向上彎曲中指,然後將另一隻手的中指放在它的位置會發生什麼。幻覺現在消失了,這表明填充發生在觸覺資訊處理的早期階段,而不是大腦空間表示的更高層次。(我們知道這發生在早期階段,因為來自兩隻手的感官訊號投射到大腦的兩個不同半球;來自它們的資訊只能在處理的相對後期階段進行比較。)

如果兩枚外側硬幣分別非常熱和冰冷,會怎麼樣?中間的硬幣會呈現平均溫度,還是會在兩者之間交替?中間情況呢?假設您將食指交叉在中指下方,這樣您就形成了一排,食指位於無名指和中指之間,中指和無名指放在冷硬幣上。食指現在會因為其在空間中的中間位置而感到寒冷嗎?

讀者可能希望構思自己的實驗:這就是感知研究如此有趣的原因。您不需要成為專家即可進行具有深遠影響的實驗。如果您嘗試進行這樣的實驗,我們很樂意收到您的來信。

讓我們嘗試一些不同的東西。將您的左手中指交叉在左手食指之上,在末端形成一個小 V 字形。現在將手指形成的 V 形放在您的鼻子上(b, preceding page)。令人驚訝的是,許多進行這種“亞里士多德錯覺”操作的人報告說,他們明顯感覺到自己有兩個鼻子!這種效果是如何可能的?

解釋這種現象的一種方法是認識到,考慮到手指的正常、習慣性空間排列,左手中指的左側與左手食指的右側同時受到刺激的唯一方法是當它們接觸兩個物體時。因此,大腦將觸覺體驗解釋為“我一定有兩個鼻子”。根據加州大學聖地亞哥分校的心理學家 Stuart Anstis 的說法,鼻子並不是唯一可以產生感知加倍的附屬物。

最後,看看此頁面上的視覺錯覺 (c)。信不信由你,左側圓形面板中的中間圓盤與右側的圓盤大小相同,但左側看起來更大,因為它被小圓盤包圍。這種光學技巧有力地證明了感知的上下文性質。(持懷疑態度的讀者可以製作一個帶有兩個孔的紙板遮光器來直接比較兩者。)觸覺是否有類似的效果?

果凍或天鵝絨

以下演示可能是一種相關效果。獲取一些粗糙的雞籠網,最好安裝在木框中。然後將網夾在手掌之間。到目前為止沒什麼特別的。現在開始用手掌相互摩擦,中間夾著金屬絲。值得注意的是,您的手掌會感覺像果凍或天鵝絨。這種驚人錯覺的原因尚待確定。一種可能性是它與感知和發出皮膚上尖銳的金屬絲和“中性”觸覺之間的對比有關——尖銳的反面是天鵝絨般或果凍狀的。在許多科學博物館中都可以找到這種錯覺的一個版本。

您甚至可以讓您的雙手“漂浮”——這是一個眾所周知的技巧,有時稱為 Kohnstamm 效應,由我們 11 歲的兒子 Jayakrishnan Ramachandran 重新介紹給我們。站在敞開的門口中間,用您的手臂向兩側施加向外的壓力,就像您將它們推離身體一樣。大約 40 秒後,突然鬆開並放鬆,正常站立,只是讓您的手臂自然垂在身體兩側。如果您像我們大多數人一樣,您的手臂會不由自主地抬起,就像被兩個隱形的氦氣球拉起一樣。原因是什麼?當您施加持續的向外力時,您的大腦會習慣將其視為“中性狀態”——因此當壓力突然消失時,您的手臂會向外漂移。

這個簡單的演示表明,您大腦的感覺區域不是來自感覺器官的訊號的被動接收者。相反,我們應該將它們視為與外部世界處於動態平衡狀態,平衡點不斷變化以響應不斷變化的環境。

由於其他事務,Ramachandrans 將暫停一期專欄。這是之前發表的專欄。

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