视觉错觉|画个圈就能捉住一只猫，“画地为牢”为什么管用？_

出品：科普中国
制作：苏澄宇
【视觉错觉|画个圈就能捉住一只猫，“画地为牢”为什么管用？】监制：中国科学院计算机网络信息中心
当过“铲屎官”的朋友，一定都见过这样一幕：猫动不动就爱钻“窝” 。这个“窝”可能形态各异，圆的、方的、扁的……但都有一个共同点，那就是：窄。
什么是猫最喜欢的窝？
一个盒子。
没错，仅仅一个简单的盒子就可以满足猫对于窝的需求。
而且不只是盒子，几乎所有狭窄的地方都有可能成为猫喜欢呆的地方。
猫也喜欢“画地为牢”

图源：catsplacess

图源：catsplacess

图源：catsplacess这些好歹还是实实在在的 “藏身”之处，有一些简直令人大跌眼镜，比如：一个圈或框。
在2017年，一名推特用户Danielle Matheson分享了两张照片：

图源：twitter图片上我们可以看到，当我们用胶带在地板粘一个方框，猫咪就会自动坐进去。
随后，一股给猫“画地为牢”的热潮被掀起。众多铲屎官纷纷效仿实验。

令人诧异的是，相当多的猫都自动地踏进这个“怪圈” ，这个“怪圈”背后，难道有什么魔力？
从下面这只猫震惊的表情看，方框确实有着不同寻常的魔力。

图源：twitter有的甚至为了抢方框领地，把另一只给赶出去了……

图源：twitter对这种现象的解释，研究动物行为的科学家推测，因为猫是独居动物，一天需要睡18个小时，所以需要一个安全的藏身之处来睡觉，而猫喜欢这种空间狭小的地方，地上的圈或方框提供了类似的狭小空间感，所以猫可能会把地上的圈或框当作类似盒子的存在。尤其是对于那些被夺走盒子的猫咪来说，它们更会把地上的框框当作庇护所。
什么是卡尼萨错觉
那么问题来了，猫看到不存在的框会钻进去吗？啥？没看明白，什么叫不存在的框？
首先，给大家科普一个心理学上的专业名词：卡尼萨错觉。所谓卡尼萨错觉就是看到不存在的图形轮廓，如下图所示。

图源：Wikipedia这是一个有三个黑色“吃豆人”和三个角组成的图案，并没有其他图形和多余的线条。

吃豆人图源：mental floss

吃豆人图源：mental floss

吃豆人图源：mental floss看到这张图，你一定感觉到了中间有一个白色的倒三角，虽然并没有线条框出这个三角，边缘的亮度对比也是一样的。
这就是一种视错觉，因为发现这种错觉的人名叫Gaetano Kanizsa ，所以叫卡尼萨错觉。加上最初设计出来是一个三角，也被称为卡尼萨三角。
卡尼萨三角是轮廓错觉的一种。一般来说，我们要看到一个物体的轮廓至少需要明暗的对比，方框就是四条有色线条组成的一个形状，边缘的颜色对比、亮度对比，让我们感知到了这个轮廓，看到了方框。但轮廓错觉并不需要亮度对比、颜色对比，就可以看到轮廓线，这也就是轮廓错觉。
从心理学的角度来看，之所以会有看到不存在的倒三角，是因为在这个信息纷杂的世界里，我们被各种视觉信息刺激轰炸，大脑会自觉组成其中的意义。因此如果有不完整的物体出现时，我们就会把它视为一个整体。在有缺口的地方，大脑会自动把轮廓补齐，以创造出有意义的、可以辨识的形状。简单来说就是“脑补” 。
你以为的所见即所得，其实是视网膜在接受光信息之后，经过大脑的推理分析，最终在你脑中呈现的图像。
在现实生活中，我们经常会下意识进行脑补。你看书哪怕是看到支离破碎的句子，可以脑补完整的内容；你看到魔术师剑柄和剑头在箱子两头，可以脑补成箱子里的人被扎穿了……
在设计领域，Adobe的logo就是应用了卡尼萨错觉的著名案例。

图源网络猫也有卡尼萨错觉吗
很明显，人是会产生卡尼萨错觉的，那猫也会有这个错觉吗？
对于这个问题，动物行为学家Gabriella E. Smith也很好奇，于是她在2020年做了一个实验，她找来了500个铲屎官，让他们在家里给自己家主子做实验：让猫咪面对不存在的方框，看它们会不会一屁股坐进去。这个不存在的方框就是卡尼萨方框

卡尼萨方框图源：research gate卡尼萨方框是由卡尼萨三角延伸而来的，也是由吃豆人组成的，只不过卡尼萨三角是3个吃豆人组成，而方框则是4个吃豆人。同样的，这个不存在的方框也是脑补出来的。
铲屎官准备好剪刀、尺子、胶带、打印机，然后在地板上贴出3个等大小的图案：一个图案是上述的卡尼萨方框，另一个是反卡尼萨方框，最后一个是标准方框作为参照物对比。如下图所示：

图源文献1所谓反卡尼萨方框就是把吃豆人的方向转了过来，它并不会让你产生一个假想的方框。
贴出来大概就这效果：

图源：文献1一切准备就绪后，铲屎官们便让猫咪来到试验场地，进行选择。为了避免使眼色干扰到猫咪的自我判断，铲屎官们戴上了墨镜。整个实验过程被手机拍摄下来，方便科学家统计结果。
科学家的预想是：猫会选择卡尼萨方框和标准方框。
科学家对500个实验视频进行分析后，从其中筛选出30个有效数据（只有30人完成了实验）。结果发现，猫咪选择卡尼萨方框的概率和正方形方框的概率一样，对于另外一个不构成形状的图案，则少之又少，这和预想的结果一样。

图源：文献1

图源：文献1看来，猫确实喜欢呆在地上的方框，哪怕是“不存在”的方框。
错觉是怎么产生的
可是，为什么猫会有错觉呢？
错觉是大脑产生的反应，所以想要知道为什么，就得知道猫产生错觉时，大脑到底做了什么？
不只是猫，所有动物注视物体的机理都是一样的。首先，光线进入眼睛，之后眼睛把光信号转化为电信号，再传入大脑，大脑对电信号进行处理，最后变成视觉体验，就是你看到的东西。
那视觉信号是传入到大脑的哪个部位呢？
首先，视觉信号进入外侧膝状体，在那里信号被加工，把有用的信息提取出来，之后再传到初级视觉皮层。
信息在初级视觉皮层进一步处理之后，传入高级视觉皮层，再传入其他脑区。调控是双向的，也就意味着其他脑区还能反过来影响初级脑区……这里介绍略过了不少，感兴趣的朋友可以去看“视觉皮层”相关的内容，此处不多赘述。

17个视觉皮层区图源：Wikipedia当猫看到卡尼萨错觉图时，在某一个视觉皮层区产生了反应，只要知道是哪个地方的细胞产生了反应，就可以对其进行深入的研究。但要怎么知道哪个地方的细胞发生了反应？
前面说了，脑内的信号是电信号，也就是说只要探测到哪个地方的电信号产生了波动，即可判断那个地方对错觉图产生了反应。

电生理实验图源：文献4所以科学家只要把电极插入到不同皮层，再让猫看错觉图，就可以知道猫的哪个部位产生了反应。这类实验被称为电生理实验。科学家通过电生理实验证实，在猫的视觉皮层中确实存在对错觉轮廓反应的细胞（V1、V2、MT、MST、IT等区域）。

一个对猫的错觉电生理学实验图源：文献3但即便是电生理实验发现了这些对轮廓错觉有反应的细胞，也远远不能完美地解释为什么猫会产生错觉。因为我们只是知道哪里产生了错觉，但并不知道具体如何工作的。另外，产生反应的细胞非常多，范围很大，难道那么大一片细胞产生了反应，都只是为了产生错觉吗？
毕竟人类对于大脑的探索刚起步，很多探索和实验都只能解释部分原因。多数关于大脑的研究结果都无法用肯定、确切的说法，我们看到的相关论文里呈现的更多是“可能” ， “也许” 。目前的研究还缺乏好的理论框架来解释认知功能，即使数据没有问题，也很难用体系的理论解释清楚。
对于我们而言，给动物做实验很大程度是为了解决人类的问题。也许某一天我们搞清楚了猫为什么会有错觉，就能知道人类为什么会有错觉。
参考文献：
Smith G E, Chouinard P A, Byosiere S E. If I Fits I Sits: A Citizen Science Investigation into Illusory Contour Susceptibility in Domestic Cats (Felis silvestris catus)[J]. Applied Animal Behaviour Science, 2021: 105338.
Hawkins, K.R., 2005. Stress, Enrichment and Welfare of Domestic Cats in Rescue
Shelters. Doctoral dissertation. University of Bristol.
周逸峰, 贾凡, 陶海洋, 等. 猫视皮层 17, 18 区神经元对错觉轮廓的反应[J]. 中国科学 (C 辑: 生命科学), 2000, 6.
https://www.jneurosci.org/content/37/21/5250.abstract

视觉错觉|画个圈就能捉住一只猫，“画地为牢”为什么管用？

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