畫個(gè)圈就能捉住一只貓，“畫地為牢”為什么管用？

　　出品：科普中國

　　制作：蘇澄宇

　　監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

　　當(dāng)過“鏟屎官”的朋友，一定都見過這樣一幕：貓動(dòng)不動(dòng)就愛鉆“窩”。這個(gè)“窩”可能形態(tài)各異，圓的、方的、扁的……但都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是：窄。

　　什么是貓最喜歡的窩？

　　一個(gè)盒子。

　　沒錯(cuò)，僅僅一個(gè)簡單的盒子就可以滿足貓對于窩的需求。

　　而且不只是盒子，幾乎所有狹窄的地方都有可能成為貓喜歡呆的地方。

　　貓也喜歡“畫地為牢”

　　圖源：catsplacess

　　這些好歹還是實(shí)實(shí)在在的 “藏身”之處，有一些簡直令人大跌眼鏡，比如：一個(gè)圈或框。

　　在2017年，一名推特用戶Danielle Matheson分享了兩張照片：

　　圖源：twitter

　　圖片上我們可以看到，當(dāng)我們用膠帶在地板粘一個(gè)方框，貓咪就會(huì)自動(dòng)坐進(jìn)去。

　　隨后，一股給貓“畫地為牢”的熱潮被掀起。眾多鏟屎官紛紛效仿實(shí)驗(yàn)。

　　令人詫異的是，相當(dāng)多的貓都自動(dòng)地踏進(jìn)這個(gè)“怪圈”，這個(gè)“怪圈”背后，難道有什么魔力？

　　從下面這只貓震驚的表情看，方框確實(shí)有著不同尋常的魔力。

　　圖源：twitter

　　有的甚至為了搶方框領(lǐng)地，把另一只給趕出去了……

　　對這種現(xiàn)象的解釋，研究動(dòng)物行為的科學(xué)家推測，因?yàn)樨埵仟?dú)居動(dòng)物，一天需要睡18個(gè)小時(shí)，所以需要一個(gè)安全的藏身之處來睡覺，而貓喜歡這種空間狹小的地方，地上的圈或方框提供了類似的狹小空間感，所以貓可能會(huì)把地上的圈或框當(dāng)作類似盒子的存在。尤其是對于那些被奪走盒子的貓咪來說，它們更會(huì)把地上的框框當(dāng)作庇護(hù)所。

　　什么是卡尼薩錯(cuò)覺

　　那么問題來了，貓看到不存在的框會(huì)鉆進(jìn)去嗎？啥？沒看明白，什么叫不存在的框？

　　首先，給大家科普一個(gè)心理學(xué)上的專業(yè)名詞：卡尼薩錯(cuò)覺。所謂卡尼薩錯(cuò)覺就是看到不存在的圖形輪廓，如下圖所示。

　　圖源：Wikipedia

　　這是一個(gè)有三個(gè)黑色“吃豆人”和三個(gè)角組成的圖案，并沒有其他圖形和多余的線條。

　　吃豆人 圖源：mental floss

　　看到這張圖，你一定感覺到了中間有一個(gè)白色的倒三角，雖然并沒有線條框出這個(gè)三角，邊緣的亮度對比也是一樣的。

　　這就是一種視錯(cuò)覺，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)這種錯(cuò)覺的人名叫Gaetano Kanizsa，所以叫卡尼薩錯(cuò)覺。加上最初設(shè)計(jì)出來是一個(gè)三角，也被稱為卡尼薩三角。

　　卡尼薩三角是輪廓錯(cuò)覺的一種。一般來說，我們要看到一個(gè)物體的輪廓至少需要明暗的對比，方框就是四條有色線條組成的一個(gè)形狀，邊緣的顏色對比、亮度對比，讓我們感知到了這個(gè)輪廓，看到了方框。但輪廓錯(cuò)覺并不需要亮度對比、顏色對比，就可以看到輪廓線，這也就是輪廓錯(cuò)覺。

　　從心理學(xué)的角度來看，之所以會(huì)有看到不存在的倒三角，是因?yàn)樵谶@個(gè)信息紛雜的世界里，我們被各種視覺信息刺激轟炸，大腦會(huì)自覺組成其中的意義。因此如果有不完整的物體出現(xiàn)時(shí)，我們就會(huì)把它視為一個(gè)整體。在有缺口的地方，大腦會(huì)自動(dòng)把輪廓補(bǔ)齊，以創(chuàng)造出有意義的、可以辨識(shí)的形狀。簡單來說就是“腦補(bǔ)”。

　　你以為的所見即所得，其實(shí)是視網(wǎng)膜在接受光信息之后，經(jīng)過大腦的推理分析，最終在你腦中呈現(xiàn)的圖像。

　　在現(xiàn)實(shí)生活中，我們經(jīng)常會(huì)下意識(shí)進(jìn)行腦補(bǔ)。你看書哪怕是看到支離破碎的句子，可以腦補(bǔ)完整的內(nèi)容；你看到魔術(shù)師劍柄和劍頭在箱子兩頭，可以腦補(bǔ)成箱子里的人被扎穿了……

　　在設(shè)計(jì)領(lǐng)域， Adobe的logo就是應(yīng)用了卡尼薩錯(cuò)覺的著名案例。

　　圖源網(wǎng)絡(luò)

　　貓也有卡尼薩錯(cuò)覺嗎

　　很明顯，人是會(huì)產(chǎn)生卡尼薩錯(cuò)覺的，那貓也會(huì)有這個(gè)錯(cuò)覺嗎？

　　對于這個(gè)問題，動(dòng)物行為學(xué)家Gabriella E. Smith也很好奇，于是她在2020年做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，她找來了500個(gè)鏟屎官，讓他們在家里給自己家主子做實(shí)驗(yàn)：讓貓咪面對不存在的方框，看它們會(huì)不會(huì)一屁股坐進(jìn)去。這個(gè)不存在的方框就是卡尼薩方框。

　　卡尼薩方框 圖源：research gate

　　卡尼薩方框是由卡尼薩三角延伸而來的，也是由吃豆人組成的，只不過卡尼薩三角是3個(gè)吃豆人組成，而方框則是4個(gè)吃豆人。同樣的，這個(gè)不存在的方框也是腦補(bǔ)出來的。

　　鏟屎官準(zhǔn)備好剪刀、尺子、膠帶、打印機(jī)，然后在地板上貼出3個(gè)等大小的圖案：一個(gè)圖案是上述的卡尼薩方框，另一個(gè)是反卡尼薩方框，最后一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)方框作為參照物對比。如下圖所示：

　　圖源文獻(xiàn)1

　　所謂反卡尼薩方框就是把吃豆人的方向轉(zhuǎn)了過來，它并不會(huì)讓你產(chǎn)生一個(gè)假想的方框。

　　貼出來大概就這效果：

　　圖源：文獻(xiàn)1

　　一切準(zhǔn)備就緒后，鏟屎官們便讓貓咪來到試驗(yàn)場地，進(jìn)行選擇。為了避免使眼色干擾到貓咪的自我判斷，鏟屎官們戴上了墨鏡。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程被手機(jī)拍攝下來，方便科學(xué)家統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

　　科學(xué)家的預(yù)想是：貓會(huì)選擇卡尼薩方框和標(biāo)準(zhǔn)方框。

　　科學(xué)家對500個(gè)實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行分析后，從其中篩選出30個(gè)有效數(shù)據(jù)（只有30人完成了實(shí)驗(yàn)）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，貓咪選擇卡尼薩方框的概率和正方形方框的概率一樣，對于另外一個(gè)不構(gòu)成形狀的圖案，則少之又少，這和預(yù)想的結(jié)果一樣。

　　圖源：文獻(xiàn)1

　　圖源：文獻(xiàn)1

　　看來，貓確實(shí)喜歡呆在地上的方框，哪怕是“不存在”的方框。

　　錯(cuò)覺是怎么產(chǎn)生的

　　可是，為什么貓會(huì)有錯(cuò)覺呢？

　　錯(cuò)覺是大腦產(chǎn)生的反應(yīng)，所以想要知道為什么，就得知道貓產(chǎn)生錯(cuò)覺時(shí)，大腦到底做了什么？

　　不只是貓，所有動(dòng)物注視物體的機(jī)理都是一樣的。首先，光線進(jìn)入眼睛，之后眼睛把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再傳入大腦，大腦對電信號(hào)進(jìn)行處理，最后變成視覺體驗(yàn)，就是你看到的東西。

　　那視覺信號(hào)是傳入到大腦的哪個(gè)部位呢？

　　首先，視覺信號(hào)進(jìn)入外側(cè)膝狀體，在那里信號(hào)被加工，把有用的信息提取出來，之后再傳到初級(jí)視覺皮層。

　　信息在初級(jí)視覺皮層進(jìn)一步處理之后，傳入高級(jí)視覺皮層，再傳入其他腦區(qū)。調(diào)控是雙向的，也就意味著其他腦區(qū)還能反過來影響初級(jí)腦區(qū)……這里介紹略過了不少，感興趣的朋友可以去看“視覺皮層”相關(guān)的內(nèi)容，此處不多贅述。

　　17個(gè)視覺皮層區(qū) 圖源：Wikipedia

　　當(dāng)貓看到卡尼薩錯(cuò)覺圖時(shí)，在某一個(gè)視覺皮層區(qū)產(chǎn)生了反應(yīng)，只要知道是哪個(gè)地方的細(xì)胞產(chǎn)生了反應(yīng)，就可以對其進(jìn)行深入的研究。但要怎么知道哪個(gè)地方的細(xì)胞發(fā)生了反應(yīng)？

　　前面說了，腦內(nèi)的信號(hào)是電信號(hào)，也就是說只要探測到哪個(gè)地方的電信號(hào)產(chǎn)生了波動(dòng)，即可判斷那個(gè)地方對錯(cuò)覺圖產(chǎn)生了反應(yīng)。

　　電生理實(shí)驗(yàn) 圖源：文獻(xiàn)4

　　所以科學(xué)家只要把電極插入到不同皮層，再讓貓看錯(cuò)覺圖，就可以知道貓的哪個(gè)部位產(chǎn)生了反應(yīng)。這類實(shí)驗(yàn)被稱為電生理實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家通過電生理實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在貓的視覺皮層中確實(shí)存在對錯(cuò)覺輪廓反應(yīng)的細(xì)胞（V1、V2、MT、MST、IT等區(qū)域）。

　　一個(gè)對貓的錯(cuò)覺電生理學(xué)實(shí)驗(yàn) 圖源：文獻(xiàn)3

　　但即便是電生理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了這些對輪廓錯(cuò)覺有反應(yīng)的細(xì)胞，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能完美地解釋為什么貓會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)覺。因?yàn)槲覀冎皇侵滥睦锂a(chǎn)生了錯(cuò)覺，但并不知道具體如何工作的。另外，產(chǎn)生反應(yīng)的細(xì)胞非常多，范圍很大，難道那么大一片細(xì)胞產(chǎn)生了反應(yīng)，都只是為了產(chǎn)生錯(cuò)覺嗎？

　　畢竟人類對于大腦的探索剛起步，很多探索和實(shí)驗(yàn)都只能解釋部分原因。多數(shù)關(guān)于大腦的研究結(jié)果都無法用肯定、確切的說法，我們看到的相關(guān)論文里呈現(xiàn)的更多是“可能”，“也許”。目前的研究還缺乏好的理論框架來解釋認(rèn)知功能，即使數(shù)據(jù)沒有問題，也很難用體系的理論解釋清楚。

　　對于我們而言，給動(dòng)物做實(shí)驗(yàn)很大程度是為了解決人類的問題。也許某一天我們搞清楚了貓為什么會(huì)有錯(cuò)覺，就能知道人類為什么會(huì)有錯(cuò)覺。

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　　Shelters. Doctoral dissertation. University of Bristol.

　　周逸峰, 賈凡, 陶海洋, 等. 貓視皮層 17, 18 區(qū)神經(jīng)元對錯(cuò)覺輪廓的反應(yīng)[J]. 中國科學(xué) (C 輯: 生命科學(xué)), 2000, 6.

　　https://www.jneurosci.org/content/37/21/5250.abstract