人在生活中既要進(jìn)行自身的移動(dòng)，也要判斷外界環(huán)境中物體的運動(dòng)，而且這兩種過(guò)程通常同時(shí)出現。一方面，人經(jīng)常要借助外界輸入的視覺(jué)運動(dòng)信息來(lái)判斷自身運動(dòng)的狀態(tài)；另一方面，對于相同的事物，人在自身靜止或運動(dòng)時(shí)所觀(guān)察到的卻不盡相同。因此，對前庭運動(dòng)感覺(jué)和視覺(jué)運動(dòng)信息之間相互作用機制的研究就顯得格外重要。 

　　Nijhawan（1992）發(fā)現，當一個(gè)運動(dòng)中的物體旁邊突然閃現另一個(gè)物體時(shí)，觀(guān)察者所看到的閃現物體的位置通常會(huì )落后于其實(shí)際位置（圖1a），這一現象被稱(chēng)為閃光滯后效應（flash-lag effect）。后來(lái)，Schlag等（2000）又發(fā)現，當參考物體與觀(guān)察者相對靜止、而觀(guān)察者自身運動(dòng)時(shí)，也會(huì )出現類(lèi)似的現象（圖1b），這被稱(chēng)為頭動(dòng)所致的閃光滯后效應。Nijhawan提出，觀(guān)察者看到運動(dòng)的物體后，神經(jīng)系統對視覺(jué)信息的傳遞、加工以及反應指令的下達都需要一定的時(shí)間，而在這段時(shí)間內物體仍在繼續運動(dòng)。為了補償這段延遲、從而更準確地估計運動(dòng)物體的位置，神經(jīng)系統會(huì )沿著(zhù)物體的運動(dòng)軌跡預測其位置，使得觀(guān)察者看到的運動(dòng)物體位置超前于其實(shí)際位置，而閃光刺激并沒(méi)有運動(dòng)軌跡，因此不會(huì )進(jìn)行外推，這就是對閃光滯后效應的解釋之一——運動(dòng)外推假說(shuō)（圖1c），后被Schlag等繼續拓展：盡管參考物體與觀(guān)察者是相對靜止的，在視網(wǎng)膜上不產(chǎn)生運動(dòng)軌跡，但以外界環(huán)境為參考系時(shí)，神經(jīng)系統可推斷出參考物體同樣在運動(dòng)，而這種運動(dòng)軌跡也同樣可以被外推，從而產(chǎn)生了頭動(dòng)所致的閃光滯后效應。 

圖1a：閃光滯后效應；圖1b：頭動(dòng)所致閃光滯后效應；圖1c：運動(dòng)外推假說(shuō)的基本內容

　　最近中國科學(xué)院行為科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室的鮑敏研究組與腦與認知科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室蔣毅研究組、張弢研究組合作開(kāi)展的一系列研究結果證明，該假說(shuō)并不足以完全解釋頭動(dòng)所致閃光滯后效應的產(chǎn)生機制。 

　　研究者自行設計和組裝了一套基于虛擬現實(shí)的顯示設備，由頭戴式顯示器及運動(dòng)傳感器組成（圖2a），可以在觀(guān)察者轉動(dòng)頭部的同時(shí)始終將視覺(jué)刺激呈現在其正前方，并實(shí)時(shí)采集觀(guān)察者的運動(dòng)數據，根據觀(guān)看者的運動(dòng)狀態(tài)操控視覺(jué)刺激。為了探究頭動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的前庭信號對這種閃光滯后效應的作用，實(shí)驗1中，研究者首先讓被試分別進(jìn)行僅頭部轉動(dòng)、僅軀干轉動(dòng)、全身被動(dòng)轉動(dòng)三種條件的運動(dòng)，看能否誘發(fā)被試的頭動(dòng)所致閃光滯后效應。結果發(fā)現，頭部轉動(dòng)和全身被動(dòng)轉動(dòng)都可以誘發(fā)明顯的頭動(dòng)所致閃光滯后效應，而僅由軀干轉動(dòng)則不行。這證明前庭運動(dòng)信息是引發(fā)頭動(dòng)所致閃光滯后效應的關(guān)鍵因素，而肢體動(dòng)覺(jué)（kinesthetic）信息的作用則相對次要，也與被試運動(dòng)的主動(dòng)性無(wú)關(guān)。 

圖2a：實(shí)驗設備；圖2b：實(shí)驗1頭動(dòng)（HM）條件流程：視野中心為靜止的參考刺激，被試頭部轉動(dòng)過(guò)程中視野上方呈現1幀閃光刺激，被試判斷閃光刺激位于參考刺激左側還是右側；圖2c：實(shí)驗2頭動(dòng)-視覺(jué)運動(dòng)（HMRM）條件流程：被試頭部轉動(dòng)時(shí)，參考刺激與頭動(dòng)等速反向運動(dòng)，過(guò)程中視野上方呈現1幀閃光刺激，被試判斷閃光刺激位于參考刺激左側還是右側；圖2d：各實(shí)驗結果

　　實(shí)驗2中，研究者使視覺(jué)刺激在被試自身轉動(dòng)時(shí)與之等速反向運動(dòng)，以模擬日常生活中的一種常見(jiàn)情形，即觀(guān)察者面對外界靜止物體做自身運動(dòng)。此時(shí)該參照物體在世界參照系上雖沒(méi)有實(shí)際運動(dòng)，但在視網(wǎng)膜參照系上卻會(huì )在觀(guān)察者的視網(wǎng)膜上留下與觀(guān)察者反向的運動(dòng)軌跡。一方面，根據Nijhawan（1992）提出的運動(dòng)外推假說(shuō)，如果參照物體在視網(wǎng)膜上的“運動(dòng)”得到外推，那么閃光滯后效應會(huì )表現為觀(guān)察者看到的閃光刺激在視網(wǎng)膜參照系上落后于參照物體；另一方面，由于參照物體在外部世界中并未實(shí)際運動(dòng)，那么根據Schlag等（2000）拓展的運動(dòng)外推假說(shuō)，也就不會(huì )有任何運動(dòng)得到外推，從而不會(huì )產(chǎn)生頭動(dòng)所致閃光滯后效應。然而實(shí)驗結果卻顯示，觀(guān)察者所看到的閃光刺激甚至在視網(wǎng)膜參照系上超過(guò)了“運動(dòng)”的參照物體。 

　　實(shí)驗3中，研究者進(jìn)一步在被試左右轉動(dòng)頭部時(shí)向其呈現上下運動(dòng)的光柵，訓練被試將水平方向的頭動(dòng)與豎直方向的視覺(jué)運動(dòng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，然后測量被試的水平頭動(dòng)是否能產(chǎn)生豎直方向上的閃光滯后效應。結果顯示，僅僅1分鐘的關(guān)聯(lián)訓練，就足以讓被試在水平轉動(dòng)頭部時(shí)產(chǎn)生豎直方向的閃光滯后效應。這兩個(gè)實(shí)驗的結果都是運動(dòng)外推假說(shuō)所無(wú)法解釋的。 

　　研究者沿用他們在此前關(guān)于視覺(jué)運動(dòng)后效的研究（Bai et al., 2020）中提出的“跨通道偏差（cross-modal bias）”假說(shuō)來(lái)解釋本研究的結果。日常生活中，觀(guān)察者自身的運動(dòng)通常會(huì )帶來(lái)反向的視覺(jué)運動(dòng)，即外界物體在視網(wǎng)膜上留下反向的運動(dòng)軌跡，正如乘車(chē)向前移動(dòng)時(shí)會(huì )看到周?chē)木拔镌诤笸?，此時(shí)表征頭部運動(dòng)方向的前庭覺(jué)神經(jīng)元就會(huì )與表征相反視覺(jué)運動(dòng)方向的視覺(jué)神經(jīng)元共同活動(dòng)。在漫長(cháng)的成長(cháng)發(fā)育過(guò)程中，這種感覺(jué)經(jīng)驗的日積月累逐漸在兩種感覺(jué)通道的神經(jīng)元間建立了關(guān)聯(lián)，并且不斷強化，從而使表征一種感覺(jué)運動(dòng)信息的神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)，方向相應的另一個(gè)感覺(jué)通道的神經(jīng)元也會(huì )受到影響而產(chǎn)生相應的活動(dòng)，這就是跨通道偏差信號。當視覺(jué)輸入的運動(dòng)信號較弱或確度較低時(shí)，比如視覺(jué)運動(dòng)后效以及短暫的閃光，這種偏差信號就會(huì )明顯表現出對視覺(jué)運動(dòng)信息加工的調制，從而對速度或位置知覺(jué)造成影響。 

　　本研究厘清了前庭信號的加工在頭動(dòng)所致閃光滯后效應中的關(guān)鍵作用，也顯示了傳統的運動(dòng)外推假說(shuō)的局限，進(jìn)一步支持“跨通道偏差”假說(shuō)，為前庭感覺(jué)-視覺(jué)的交互等跨通道交互作用提供了新的研究思路。 

　　該研究成果已在線(xiàn)發(fā)表于Psychological Research，文章的第一作者為何鑫博士。 

　　相關(guān)論文信息： 

　　He, X., Bai, J., Jiang, Y., Zhang, T., & Bao, M.* (2022). Beyond motion extrapolation: vestibular contribution to head-rotation-induced flash-lag effects. Psychological Research, online ahead of print. http://doi.org/10.1007/s00426-021-01638-8.  

　　已發(fā)表的相關(guān)前期工作： 

　　Bai, J.^#, He, X.^#, Jiang, Y., Zhang, T., & Bao, M.* (2020). Rotating one’s head modulates the perceived velocity of motion aftereffect. Multisensory Research, 33(2), 189-212. https://doi.org/10.1163/22134808-20191477. 

　　Bai, J., Bao, M.*, Zhang, T., & Jiang, Y. (2019). A virtual reality approach identifies flexible inhibition of motion aftereffects induced by head rotation. Behavior Research Methods, 51(1), 96-107. https://doi.org/10.3758/s13428-018-1116-6.