来源: 神经现实

  在澳大利亚墨尔本郊外,一次烧烤聚会上,莎拉·比索耶(Sarah Byosiere)产生了“给狗狗看视错觉图片”的想法。那是2015年,她刚在美国拿到犬科认知专业的硕士学位,来到拉筹伯大学(La Trobe University)交流访问。在烧烤聚会上,她遇到一群研究人脑如何感知视错觉的心理学家。和他们聊天时,比索耶忽然意识到:同样的方法也许能为我们打开一扇窗,让我们了解狗狗如何理解它们身处的世界,它们的感知与我们的又有何不同。“我们提出了这样一个疯狂的问题:我们能不能给狗狗看错觉图像,它们又是否会产生错觉?”她回忆道。

  这个起初听上去像个噱头的主意,很快变成了一份正式的提案。菲利普·乔伊纳德(Philippe Chouinard)解释道,心理学家经常利用视错觉图像,来研究人脑在提取外部世界的信息时走了哪些捷径。乔伊纳德是错觉方面的专家,也是那次烧烤聚会上的其中一位拉筹伯大学心理学家。他说,捷径通常是一个可靠的、让大脑快速获取信息的方式,但有时走捷径也会出错——比如,导致我们“看见”不存在的东西,或是觉得两个相同的物体大小不同。如果我们能找出这类错误是何时发生、如何发生的,这些发现就可以提供一些线索,帮助我们了解人类或其它动物(比如家犬,Canis familiaris)的认知功能是如何实现的。

在艾宾浩斯-铁钦纳错觉中,两个位于中心的圆直径相同。在人类眼中,被更小的圆形环绕的那个圆,看上去更大。根据一项研究,这个错觉在狗狗眼中正好相反。在艾宾浩斯-铁钦纳错觉中,两个位于中心的圆直径相同。在人类眼中,被更小的圆形环绕的那个圆,看上去更大。根据一项研究,这个错觉在狗狗眼中正好相反。

  比索耶决定在她的博士研究中深入钻研这个问题。她来到了拉筹伯大学,在犬类研究者保林·班尼特(Pauline Bennett)的指导下开展工作。她设计了一种装置,能让狗狗传达自己所感知到的东西。研究团队打造了一个小小的实验室,里面的触摸屏会显示各种视错觉图像,而狗狗可以用它们的鼻子与屏幕互动。比索耶说,最初参与的几只动物是志愿者带来的拉戈托罗马阁挪露犬(Lagotto Romagnolo dogs),让它们熟悉仪器就花了几个月的时间。但是他们在2016年发表的初步结果让人大开眼界。

  研究小组用了几个不同版本的艾宾浩斯-铁钦纳错觉(Ebbinghaus-Titchener illusion)。在这个错觉图中,有两个大小相同的圆,但由于它们周围排布着其他的圆,在人类看来它们的大小不同。每只狗狗都经过了训练——研究员用大量的狗饼干换取它们的正确答案,让它们学会了用鼻子点击屏幕的相应位置,从两个圆中选择它觉得更大的那个。该小组还用了一系列对照组图片,图中的两个中心圆以及整体视觉刺激的大小都不同。他们用这些图片收集数据,以测试狗狗是否更倾向于选择其中一张图片。

  让比索耶兴奋的是,实验数据显示狗确实容易受到艾宾浩斯错觉的影响。面对错觉图中两个等大的圆形,它们总是选择其中一个而非另一个。但是,狗并没有和人类一样落入圈套,认为被小圆包围的圆更大——它们的选择和我们恰恰相反

 作为训练狗狗与视错觉互动的第一步,研究者需要让它们将“用鼻子触碰一个物体(这个实验中用的是棍子上的红色小球)”与“奖励”关联起来。 作为训练狗狗与视错觉互动的第一步,研究者需要让它们将“用鼻子触碰一个物体(这个实验中用的是棍子上的红色小球)”与“奖励”关联起来。

  比索耶现在是纽约亨特学院犬类思维中心的主任。她说,尽管几千年来人类与狗保持着紧密的关系,但这些结果充分说明了科学对犬类的感知了解甚少。她注意到,大多数对犬类认知的研究(据估计,有3/4已发表的研究)依赖于视觉任务,有许多任务改编自灵长类动物的研究。但是,“我们未必知道狗理解世界的方式是否与我们相同”,比索耶说,所以研究者有时并不确定这些实验结果究竟揭示了哪些犬类认知的秘密。理解犬类视觉感知与我们有哪些不同之处,这“可能会对我们解读结果的方式产生很大的影响”。

  为狗狗设计的视觉把戏

  研究者可以通过训练动物与屏幕或其他装置互动,来测试它们对错觉的敏感度,就像比索耶在她2016年的研究中做的那样。或者,研究者也可以选择一种叫做“自发偏好实验”(spontaneous preference experiments)的方法,利用不同大小的盘子和食物向狗狗展示同样的视错觉图像。这样,狗狗无需任何训练,就会对食物产生兴趣。

 在德勃夫大小错觉(Delboeuf illusion)中,两个位于中心的圆直径相同。在人类眼中,被较小的圆环包围的那个圆,看上去更大。两个研究发现,狗狗似乎并不会感知到任何区别。 在德勃夫大小错觉(Delboeuf illusion)中,两个位于中心的圆直径相同。在人类眼中,被较小的圆环包围的那个圆,看上去更大。两个研究发现,狗狗似乎并不会感知到任何区别。

  在几年前,克里斯蒂安·阿格利罗(Christian Agrillo)和他在帕多瓦大学(University of Padua,位于意大利北部)的同事们尝试了第二种方法。他们试着把狗零食摆放成圆形,来测试不同品种的狗对“德勃夫大小错觉”的敏感度。在经典的德勃夫大小错觉中,有两个大小相同的圆,而它们的相对大小被它们外围的两个圆环所扭曲。通常,人类会感觉被小圆环包围的圆,比被大圆环包围的圆更大——人们认为这个效应来源于一种视觉怪癖,导致我们把前面一个圆的大小向上取整,因为它和圆环的几乎一样大,而把后面一个圆的大小向下取整,因为它比圆环小很多。

  在阿格利罗的实验中,研究人员给13只狗各提供了两个装着食物的盘子,盘子之间相隔一米。在对照组中,两个大小相同的盘子里装着不同量的零食,狗狗需要在两者之间选择。在实验组中,狗狗则需要在份量相同、但装在不同大小的盘子里的食物中做选择。研究小组认为,在这两种情况下,狗狗应该都会想选看上去更多那一份。因此,小组提出假设:如果狗对这种错觉的感知和人类一样,它们就会选择小盘子,因为那上面的零食看上去更多。

几年前,克里斯蒂安·阿格利罗和来自意大利帕多瓦大学的同事们用这套装置进行了一项实验,并假设狗会选看上去更多那一份食物。他们发现,虽然人们会倾向于感觉小盘子里的食物更多,狗狗似乎并不觉得两盘食物的份量有区别——这个结果或许可以表明犬类的感知不受此类错觉的干扰。几年前,克里斯蒂安·阿格利罗和来自意大利帕多瓦大学的同事们用这套装置进行了一项实验,并假设狗会选看上去更多那一份食物。他们发现,虽然人们会倾向于感觉小盘子里的食物更多,狗狗似乎并不觉得两盘食物的份量有区别——这个结果或许可以表明犬类的感知不受此类错觉的干扰。

  但它们没有。在对照组实验中,狗狗确实走向了零食更多的那个盘子。但在实验组中,当它们在相同份量、但装在不同大小的盘子里的食物中做选择时,阿格利罗说“它们的表现基本是随机的”。他补充道,他们并不清楚这意味着狗不受这种视错觉的影响,或只是这些实验条件无法合理地检测这一点。不管它们选了哪个盘子,参与实验的狗都被奖励了食物,所以它们可能没什么动机去选择那份看上去稍多一点的食物。

  与此同时,比索耶与她的同事发表了他们的研究成果。他们用经过训练的狗,并在触摸屏上展示德勃夫大小错觉的图像。该研究成果似乎也证明了狗狗不会被这种视错觉影响。最近,比索耶还汇报,用经过训练的狗进行不同版本的蓬佐错觉实验,都得到了无效应结果(null results)。对人类而言,蓬佐错觉用线条和网格包围相同的形状,会扭曲我们对这些形状大小的感知。

蓬佐错觉(Ponzo illusions)利用线条和网格来扭曲两个形状的相对大小。一般而言,人们会感觉图中左边的长方形看上去更大。一个研究小组做的几项研究表明,狗并不会看出其中的差别。蓬佐错觉(Ponzo illusions)利用线条和网格来扭曲两个形状的相对大小。一般而言,人们会感觉图中左边的长方形看上去更大。一个研究小组做的几项研究表明,狗并不会看出其中的差别。

  虽然“找不到证据不等于没有证据”,阿格利罗说道,但目前的研究成果都显示,狗狗可能不会被这些错觉游戏欺骗——这是研究人员在将来设计犬类认知实验时,可能需要牢记的一点

  解读视错觉实验的难题

  研究人员发现,面对某些类型的视错觉,狗和人类似乎会作出相似的反应。但是有几项研究也强调,进行和解读犬类感知实验需要十分谨慎。几年前,英国林肯大学的研究人员做了一项研究,让狗与触摸屏上显示的缪氏错觉(Muller-Lyer illusion)进行互动。缪氏错觉图上有两条一样长的线,因为两端箭头的方向而看似不一样长。研究小组发现,被训练选择更长线段的狗狗始终选择箭头向内的线,就和人类会做的选择一样。这可能表示,狗对这种错觉的感知与人类的相同。

 在缪氏错觉中,两条相等线段的长度被两端的箭头扭曲了。人们通常会觉得上面的线段看上去更长。被训练选择更长的线段的狗狗也会选择上面那条线,但这个结果可以被解释为狗狗选择了整体更大的视觉刺激,而不是和人类一样觉得那条横线看上去更长。 在缪氏错觉中,两条相等线段的长度被两端的箭头扭曲了。人们通常会觉得上面的线段看上去更长。被训练选择更长的线段的狗狗也会选择上面那条线,但这个结果可以被解释为狗狗选择了整体更大的视觉刺激,而不是和人类一样觉得那条横线看上去更长。

  然而,研究人员通过额外的对照组和严谨的数据分析,发现了对该实验结果的另一种解读方式:狗狗并没有根据看到的线段长度而选择箭头向内的线,它们选择的是整体最大的视觉刺激

  研究人员试着在视错觉实验中排除这种不同的情况。比如,在比索耶与同事做的艾宾浩斯错觉实验中,他们用了许多张带有不同大小圆形的图。这样就能排除狗狗在根据图像的整体大小(而非中心圆大小)做选择的可能性,毕竟这也会导致它们的表现与人类相反。

  在行为选择实验中,混淆因素一直是个困扰,尤其当研究者并不知道狗具体看到或注意到了什么,埃默里大学(Emory University)的神经科学家格雷戈里·伯恩斯(Gregory Berns)说道。“当我们设计实验时,我们会不自觉地从人类的视角去设计。”伯恩斯研究犬类认知将近十年,他是第一批训练狗狗坐进核磁共振(MRI扫描仪的研究者之一。在评估犬类行为的研究中,“假如一只狗没有做你希望它做的事,我们通常无法确定是它不明白你想让它做什么,还是它明白却不愿意这么做,或者有其他动机”。伯恩斯补充道,研究通常会在群组层面上评估狗的行为,从而找出它们感知的细微趋势,但是这可能会导致我们忽视了狗与狗之间在感知和认知方面的显著差异。

  在2016年,萨拉·比索耶和她在澳大利亚拉筹伯大学的同事发表了一项实验,其中使用了上图中的装置。他们训练狗狗选择看上去更大的黑圆,并发现这些狗狗都一致选择了被较大的蓝圆环绕的黑圆。这个效果与在人类身上看到的恰恰相反,说明狗和人的视觉感知可能在这个错觉的某些方面存在差异。  在2016年,萨拉·比索耶和她在澳大利亚拉筹伯大学的同事发表了一项实验,其中使用了上图中的装置。他们训练狗狗选择看上去更大的黑圆,并发现这些狗狗都一致选择了被较大的蓝圆环绕的黑圆。这个效果与在人类身上看到的恰恰相反,说明狗和人的视觉感知可能在这个错觉的某些方面存在差异。

  但是,这些用行为实验研究错觉的学者反驳道,即使面临这些挑战,这个方法至少能为探究“狗狗如何看世界”提供一个初步方案。正如比索耶所解释的那样,这些研究“能让我们初步了解狗狗如何在视觉上感知它们的环境。它可以帮助我们理解人与狗视觉的相似与不同之处”,并有机会在将来设计出更好的研究。

  她与另一位研究者开始考虑从感知角度解释狗对某些错觉的反应。她说道,对于那些狗与人作出不同反应的案例(即狗狗选了与人类相反的视觉刺激,或没有显示任何偏好),有可能是狗的视觉系统在对不同的刺激做出反馈。例如,众所周知,人类特别擅长在包含子元素的图像中看出整体的图案。相比之下,比索耶注意到犬类感知可能更善于察觉图像局部的视觉刺激——该现象或许能解释为什么狗对艾宾浩斯和蓬佐错觉作出了与人类不同的反应,因为这两幅图像都需要整体一起看,才会产生预期中的错觉效果。

 看这样的一个纳冯图形(Navon figures)时,可以看整体图像(此处是E和R),也可以看局部细节(此处是N和S的排列)。一些研究表明,人类比狗更擅长感知整体刺激。 看这样的一个纳冯图形(Navon figures)时,可以看整体图像(此处是E和R),也可以看局部细节(此处是N和S的排列)。一些研究表明,人类比狗更擅长感知整体刺激。

  比索耶补充说,这种物种间的差异可以反映狗和人类所面对的不同演化压力。伯恩斯表示,科学文献中确实有些证据证明了狗对整体刺激的视觉偏好没有人类强——尽管目前对该主题的研究仍屈指可数,他提醒道。

  乔伊纳德发现了另一种理解人与狗感知差异的方式:即,一个动物有多大可能将相似的刺激看作完全相同的,而不能察觉到它们之间细微的区别。乔伊纳德补充道,他和比索耶的研究成果可以表明狗察觉到刺激物间差异的可能性比人类低

  那些人和狗做出相同反应的实验,同样需要严谨的解释。伊莱亚斯·加西亚-佩勒格兰(Elias Garcia-Pelegrin)是剑桥大学的心理学博士生,研究乌鸦的认知能力。他解释说,如果一种动物和人一样,都会受到某种视错觉的影响,那么其原因可能是两者共同的神经机制——但同理,也可能不是。“仅仅因为它们做出了相似的反应,并不意味着它们的认知过程是相同的。”

  来一点魔法

  研究犬类视错觉的行为实验,并不是探究犬类感知能力的唯一途径。比如,伯恩斯所做的研究属于功能性核磁共振(fMRI)研究,其中需要让狗被动地看屏幕上的图像,并对其进行脑部成像。这样,研究人员便可以观察与不同刺激相关的神经信号。伯恩斯的小组近期发布的预稿表明,根据fMRI实验,狗狗无法轻松地从三维物体类推到这些物体的二维图片,反之亦然。这一发现可能会影响科学家们如何设计基于视觉的任务,来衡量犬类的感知能力。


埃默里大学神经科学家格雷戈里·伯恩斯用fMRI研究狗的感知。

  另一些研究者在探索如何向动物展示不同类型的错觉。比如,加西亚-佩勒格兰近期合著了一篇前瞻性文章。该文章提出,魔术表演可能是研究动物感知能力的强大工具——哪怕是很简单的魔术,比如用手法让一个东西看似消失。“魔术师会用精心筹备的骗术,利用我们注意力与感知的盲点,”他说,“假如其他动物的注意和感知机制是与人类同功(analogous)或同源(homologous)的,那么魔术应该也对他们有效果。”

  加西亚-佩勒格兰也承认,魔术和其他动态视错觉显然比静止的二维图像要复杂得多。他正在尝试给他所研究的乌鸦变魔术,用手法让物体“消失”。观察一个魔术表演时,被调用的不仅仅是视觉感知,还有其他认知因素,比如意料之外的事发生时出现的“违背期待”(violation of expectation),还有“客体永久性”(object permanence)。比索耶提到,为魔术实验设计控制条件非常困难。不过她补充说,她的团队在2019年末请了一位魔术师来实验室,就是为了探讨这一类研究。

  目前,比索耶和她的团队正在试验另一种骗狗狗的把戏。那是几年前在网络上很火的一个魔术,其中狗主人要将一块大毛毯举在自己面前,像一块屏幕一样,并在狗狗的注视下举起、放下毯子几次。接着,在某一次举起毯子后,狗主人躲到墙后面,再放下毯子,让狗狗觉得它的主人凭空消失了。

  最近,比索耶的小组发动了一个叫“毛茸茸大挑战(What the Fluff!?)”的平民科学项目,来研究动物会对这个错觉作何反应。“我们让主人对着他们的狗做这个魔术,”她说,“我们会分析他们的视频,看看是否能得出与这种魔术中客体永久性和违背期待相关的结论。”比索耶也在继续研究经过训练的动物,试着去解答关于狗狗认知的基本问题——也正是这些问题最初在澳大利亚激发了她的兴趣,她说道。“我想,最好的灵感,有时是在烧烤聚会上诞生的。”

  作者:Catherine Offord | 封面:Sam Kalda

  翻译:Mollie | 审校:杜彧 | 排版:北方

  编辑:Orange Soda


新闻来源:新浪