Science Advance: 视觉不是“看见”，而是“预测”：大脑如何先于眼睛构建世界

我们的眼睛每秒会发生数次快速的“跳跃”——这种运动被称为扫视。每一次扫视本应让世界看起来像手持摄像机拍摄的抖动画面然而我们感知到的世界却始终稳定如常。这种现象被称为“扫视悖论”其背后的神经机制一直是视觉科学领域的核心问题之一。理解大脑如何在不断变化的视网膜输入中构建稳定的视觉体验不仅对基础神经科学具有重要意义也为机器人视觉、虚拟现实以及眼动障碍的临床研究提供了关键启示。2025年Richard Schweitzer博士与Martin Rolfs教授及其研究团队在Science AdvancesIF12.5上发表了题为“High-fidelity but hypometric spatial localization of afterimages across saccades”的研究。该研究利用后像——即注视强光后残留的虚影——来解码大脑维持视觉稳定的内部机制。研究发现大脑会利用发送给眼肌的指令内部副本来预测物体应有位置这种预测极为精准但存在一个约6%的系统性“低估偏差”。这一发现揭示了大脑视觉预测的量化特征为理解视觉稳定性提供了新的实验证据。研究发现后像紧密追随眼球运动眼动幅度越大后像在空间中的感知位移也越大。但这种匹配并非完美。“平均而言后像的感知位移约为实际眼动幅度的94%”研究第一作者Richard Schweitzer指出。“从实际角度来看感知对眼动的追踪非常接近但并不完美。”这称为“低估偏差”在不同个体、不同方向和幅度的眼动中均保持一致表明这是大脑的一种系统性的预测误差而非随机误差。尽管这一差异微小到多数人从未察觉但理解它需要探究大脑如何在每次眼动后更新空间表征。大脑在看见之前就已预测那么后像的感知位置究竟由什么决定一种可能是基于眼动后获得的视觉反馈。研究者直接测试了这一假设在部分试验中扫视目标即参与者被指示追随的光源在眼动后短暂保持可见在另一部分中目标被轻微移位制造误导性反馈。两种操作均未改变参与者对后像的感知位置。现有证据表明大脑使用发送给眼肌的运动指令的内部副本——即“传出副本”——来预测视觉场景应如何位移。这一信号有效告知大脑“眼睛刚刚移动了这么远”使感知能够预判运动的后果而非等待新的视觉输入来事后修正。后像的运动揭示了源自传出副本的视觉预测略低于眼动的实际后果。图1扫视中的残像追踪。当眼动改变时感知也随之改变如果感知依赖于伴随放电那么当眼动本身发生变化时感知会如何变化眼动并非固定不变。当眼睛持续未击中目标时人们会逐渐调整眼动幅度。这一过程称为“扫视适应”可在实验室中通过每次扫视后移动目标来诱发。研究发现随着参与者的扫视幅度因适应而缩短后像的感知位移也随之缩短。但无论扫视是否经过适应那微小的系统性低估偏差依然存在。这种残留的偏差或许并非缺陷。自然状态下的眼动常常略低于目标因此大脑的内部估计反映这一倾向是合理的。在稳定的视觉环境中观察者可以利用日常视觉线索来学习眼动后的视觉场景的变化幅度。既然扫视往往略微不足那么预期视觉位移也略小是合理的。比起运动的完美精度更重要的是感知与其保持稳定的一致性。后像揭示了视觉稳定性的哪些内容如果后像固定在视网膜上为何它会随注视方向移动一种解释是大脑利用其对即将发生的眼动后果的了解来预测物体在扫视后应出现在视网膜上的位置——这一过程被称为“预测性重映射”。如果这一预测准确且与视觉反馈确认的实际位置匹配物体就被感知为稳定。在正常视觉环境中这一机制运行良好。但后像不可避免地违背了这一预测因为它随眼动而固定在视网膜上大脑只能得出它向同一方向移动的结论。此时预测误差的大小与预测的视觉变化幅度相对应。图2从预测误差的角度理解后像运动。“后像成为了研究大脑如何通过预测自身运动的感知后果来维持视觉稳定的有力工具”Schweitzer表示。理解这些预测机制不仅为基础视觉科学提供洞见也对机器人技术、虚拟现实以及眼动障碍的临床研究具有重要价值。参考文献Richard Schweitzer et al. ,High-fidelity but hypometric spatial localization of afterimages across saccades.Sci. Adv.12,eaeb0557(2026).DOI:10.1126/sciadv.aeb0557