埃克塞特大學（University of Exeter）的研究表明，視錯覺是由於我們的眼睛和大腦神經的局限性而不是複雜的心理過程造成的。這項研究的模型成功地預測了人類的視覺錯覺，並解釋了我們在神經元帶寬有限的情況下感知高對比度圖像（如高清電視上的圖像）的能力。

研究人員研究了物體周圍的環境影響我們看到其顏色或圖案的錯覺。

科學家和哲學家們長期以來一直在爭論這些錯覺是由眼睛和大腦低級視覺中心的神經處理造成的，還是涉及更高級的心理過程，如語境和先驗知識。

本圖中間的條形圖完全是一個灰度級，但由於背景的漸變，它看起來左邊較亮，右邊較暗。這就是所謂的”同時對比”，即深色背景使目標看起來更亮，反之亦然。圖片來源：Jolyon Troscianko

在這項新研究中，埃克塞特大學的Jolyon Troscianko博士共同開發了一個模型，該模型表明，神經反應的簡單限制–而非更深層次的心理過程–可以解釋這些錯覺。

來自埃克塞特大學康沃爾彭林校區生態與保護中心的Troscianko博士說：”我們的眼睛通過讓神經元發射更快或更慢的信號來向大腦傳遞信息。然而，神經元的發射速度是有限制的，以前的研究還沒有考慮過這種限制會如何影響我們看到顏色的方式。”

該模型將”有限帶寬”與人類如何感知不同尺度圖案的信息相結合，並假設我們在觀察自然場景時視覺表現最佳。

圖中中間的兩個灰條是相同的灰色，但左邊的灰條（周圍有更多的黑條）看起來更暗。這與上面的同步對比示例相反，因為較暗的周圍環境會使目標看起來更暗。

該模型由埃克塞特大學和蘇塞克斯大學的研究人員開發，用於預測動物是如何看到顏色的。

Troscianko博士說：”這顛覆了許多關於視錯覺如何產生的長期假設。研究結果還揭示了高清電視的流行原因。現代高動態範圍電視機創造的亮白區域比最暗的黑色亮1萬倍以上，接近自然場景的對比度水平。”

兩個立方體的頂面都有黃色和藍色的瓷磚。然而，左邊看起來是黃色的瓷磚實際上是灰色的，與右邊的藍色瓷磚顏色相同。我們的模型可以幫助解釋物體在光線變化時為何看起來是相同的顏色，以及為何在幻覺中這種灰色看起來是五顏六色的。圖片來源：Jolyon Troscianko

“我們的眼睛和大腦如何處理這種對比度是一個難題，因為測試表明，我們人類在單一空間尺度上能看到的最高對比度約為200:1。更令人困惑的是，連接我們眼睛和大腦的神經元只能處理大約10:1的對比度。我們的模型展示了具有如此有限對比度帶寬的神經元是如何將它們的信號結合起來，讓我們看到這些巨大的對比度，但信息卻被’壓縮’了–導致視覺錯覺。

“該模型顯示了我們的神經元是如何精確地進化以利用每一點能力的。例如，一些神經元對中等大小灰度級的微小差異非常敏感，但很容易被高對比度所淹沒。與此同時，對較大或較小尺度的對比度進行編碼的神經元的敏感度要低得多，但卻可以在更大的對比度範圍內工作，從而呈現出深刻的黑白差異。最終，這表明了神經帶寬和靈敏度嚴重受限的系統如何能夠感知大於10,000:1的對比度”。

這篇發表在《PLOS計算生物學》雜誌上的論文題為：”基於自然圖像高效編碼的色彩外觀模型”。