视觉对人类认知世界有着不可忽视的作用，而神经生物学家们也对视觉进行了多角度的研究。对运动方向偏向的辨别在人类生活中有着重要作用，如躲避危险进攻、驾车拐弯等。本文对“基于任意参考方向的协同运动方向的偏向辨别”这一实验范式做了系统的研究。首先，本文进行了心理物理实验，发现如下行为特征：（1）随着刺激协同度的下降或是角度差的减小，辨别准确率下降而平均反应时间上升；（2）不同参考方向对应的反应函数有所不同。另外，本文建立了理论神经网络模型以对行为实验过程进行模拟，并探究此过程的神经机制。通过对比实验结果与模型结果，发现模型表现整体劣于人类被试表现，因此模型需要进一步的参数调整甚至结构改善，以获得对此过程神经机制更清晰的理解。本文研究结果还可作为视知觉学习研究的基础。