格式塔定律增强视觉皮层中图形相对于背景的表征并影响对比度感知

为什么有些形状能从人群中跃出

当你观察一幅繁杂的场景时，某些形状会立刻被看作“物体”，而其他则退到背景中去。杯子的弯曲把手、封闭的脸部轮廓或对称的叶片都会感觉像是相对于更无定形背景的实在物体。本研究探讨了简单的形状提示——称为格式塔线索——如何改变我们所见的内容，以及人类和猴子早期视觉区的反应。

大脑从杂乱中分辨物体的难题

视觉系统首先将图像分解为许多微小片段，早期的大脑区域仅对局部边缘和纹理作出反应。为了解读世界，大脑必须决定哪些片段属于同一物体，哪些构成背景。经典的格式塔心理学描述了会偏向这种判断的简单规则：较小、封闭、凸出（向外弯曲）或对称的区域更可能被视为图形而非背景。作者关注了三种此类线索——封闭性、凸性与对称性——以检验在图形与背景大小相同且与任务无关的情况下，它们如何影响感知与神经活动。

测试哪些区域感觉像“物体”

研究者构建了由六个并排区域组成的条纹纹理，区域内填充有倾斜线条。有些区域按照格式塔线索设计：封闭形状与开放形状、凸与凹、对称与不对称，或者三种线索同时存在。受试者注视一个点并报告位于其正下方的区域看起来是图形还是背景的一部分。结果显示，凸出和封闭的区域被判断为图形的概率明显高于偶然水平，且当所有线索同时存在时效应尤为显著。然而，在这些条件下，对称性几乎没有影响，表明在此显示设置中它是相对较弱的信号。

当图形看起来对比度更高时

为了避免直接询问受试者关于图形与背景的问题（这类提问会把注意力拉向特定区域），研究组使用对比度判断作为间接探针。参与者比较两个微弱条纹补丁（Gabor 元件）哪一个看起来对比度更高。一个放在不明确的背景条带上；另一个放在包含格式塔定义的图形的条带上。平均而言，放在凸出区域或由所有线索定义的区域上的 Gabor 比放在背景区域上的 Gabor 看起来对比度略高，尽管它们的物理对比度相同。在猕猴的类似测试中，一只动物表现出相同的一般模式，而另一只猴子则呈现相反偏好。这种个体间的变异暗示，大脑在增强图形区域方面的细微差别可能会翻转感知到的对比度优势。

早期视觉区如何偏向图形胜过背景

作者接着在猴子的大脑中记录了两个视觉区域的神经活动：V1（视觉处理的第一皮层阶段）和 V4（对形状重要的中级区域）。他们在动物执行不需要判断图形或背景的对比任务时呈现相同的条纹条带。尽管图形与背景内的局部线条模式相同，当神经元的感受野落在由凸性或封闭性定义为图形的区域时，V1 与 V4 中的神经元放电更强，且当所有线索结合时效应尤为明显。这种被称为图形—背景调制的效应在 V4 中始终比在 V1 中强。对于由对称性定义的区域，神经差异很小，与其较弱的感知效应相呼应。

把神经增强与我们的所见联系起来

研究团队还考察了当探针出现在图形或背景上时，对探针本身引发的响应如何变化。在 V4 中，探针引发的活动基本上是叠加在持续的图形—背景调制之上的。在那只将图形上 Gabor 视为对比度更高的猴子里，图形上探针的神经反应更大；在表现出相反感知偏好的猴子里，图形上的反应反而更小。通过拟合标准的对比响应曲线，研究者能够仅凭神经数据预测这些感知对比度的偏移，表明适度的、依赖于上下文的放电变化足以倾斜意识中的表象。

这对日常视觉意味着什么

这些结果支持这样的观点：像 V4 这样的高级视觉区域使用诸如凸性和封闭性等格式塔线索检测类似物体的形状，然后向诸如 V1 的早期区域发送反馈，以明确图形的边界与背景的分界。即便在你并不刻意判断图形与背景时，这种反馈也会悄然增强对图形区域的神经响应，并能使它们看起来对比度略高。实质上，大脑对“看起来像物体”的内在规则不仅有助于将图像部分组合在一起；它们实际上改变了进入意识的信号强度。

引用: van Ham, A.F., Jeurissen, D., Self, M.W. et al. Gestalt laws enhance the representation of figures over backgrounds in the visual cortex and influence contrast perception. Sci Rep 16, 11685 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45730-8

关键词: 格式塔知觉, 图形-背景, 视觉皮层, 对比度感知, 神经反馈