五花八门视错觉,研究它们有啥用?

作者: 徐子龙

来源: 返朴

发布日期: 2022-01-12 12:23:00

本文探讨了视错觉的多样性及其在足球裁判判决中的影响,介绍了闪光滞后效应、空想性错视等概念,并讨论了狗等动物在视觉错觉中的反应,强调了理解这些错觉对揭示视觉系统结构和功能的重要性。

不仅研究人的错觉,还得研究动物的。

很久很久以前,流传着这样一种说法:误判是足球的一部分,或者说是足球魅力的一部分。当然,后来这种说法不攻自破,国际足联FIFA扛不住各方压力,开启改革,于2014年巴西世界杯首次引入门线技术,由高科技的“鹰眼”辅助裁判判决。

为什么裁判也有靠不住的时候?不要说角度问题、注意力问题没看清,就是球从眼前过,也有判断错误的。不信看看下面这张图:

当红色方块移动到图片中央时,绿色方块同时闪现,但我们感觉绿色方块闪现的时候红色方块已经掠过了。这种错觉叫做“闪光滞后效应”(Flash lag effect)。说得不通俗一点,闪光滞后效应就是当一个视觉刺激物沿连续轨迹运动时,相对于这条轨迹上可能出现的突发事件(比如闪光),运动的刺激物被感知到的位置要比实际位置更提前。

在足球比赛中,助理裁判在判断进攻方球员是否越位时,可能会由于闪光滞后效应而出现判断失误。在越位判定的场景中,进攻方的接球队员相当于连续运动的红色方块,而传球队员传球的动作相当于突发事件(绿色闪光),传球的瞬间是助理裁判判定越位的时间标志。由于有闪光滞后效应,助理裁判会以为传球事件较为滞后,而跑动中的接球队员被感知到的位置比实际位置更靠近球门,结果就会出现举旗错误。

显然,了解视错觉,能让我们知道某些情况下裁判是无辜的。

除了闪光滞后效应这种让人避之不及的错觉,也有一些“好”错觉可以将错就错,拿来使用。例如,从视觉科学家的角度来看,著名的心理投射测验罗夏墨迹测试(Rorschach test)就可以说是基于视错觉的。更准确地说,我们的大脑总是在低信息量的随机结构中寻找已知模式,这种心理现象被称为“空想性错视”(pareidolia)。

当然,所有火星上的人脸、月亮上的兔子、龙卷风里的魔鬼/上帝、云海中的佛像,都是空想性错视的功劳。从上面两个例子我们可以知道,视觉并不仅仅是“五感”(视听嗅味触)中的一种“感觉”(feeling),而是需要大脑参与解读的“知觉”(perception)。当解读出现偏差,就出现了错觉(illusion)。

视觉错觉是我们的视觉系统对于视觉场景的最好适应。这些适应是“固化”在我们大脑里的,会引起对视觉场景的不恰当的解释。正如医学是从病人身上研究人体,心理学和神经科学也可以利用视觉的“错误”去揭露视觉系统的结构和功能,了解(人或动物)视觉产生的机制。

视错觉的数量繁多,其中大部分都还没有得到有效的解释。我们已经知道,亮度和对比度、运动、几何或者角度、三维解释(尺寸恒常性和不可能图片)、认知/格式塔效应等都会引起人的视觉错觉。从产生机制的角度来看,视错觉大致可以分为三种:图像本身的构造导致的几何学错觉,由感觉器官引起的生理错觉,以及心理原因导致的认知错觉。

经典的“赫尔曼格”(Hermann grid)是由德国生理学家Ludimar Hermann于1870年代发现的视错觉现象。扫视下图中的白色栅格,你会注意到在白线相交处有暗淡的灰色块,但如果你直接盯着白线的交叉点,那些灰色小块却又变淡或消失不见了。

还有一种常见的类似错觉是发现于1994年的“闪烁网格错觉”(scintillating grid illusion)。它常被视为赫尔曼格错觉的变种。这两种错觉非常相似,它们都涉及到视觉神经系统的同一个加工过程:侧抑制。

人的眼睛就像是一架精密的照相机,眼睛底部的视网膜如同一张感光胶片,由大量的视神经细胞组成。当光线进入视网膜时,视网膜会将光信号转换为神经冲动,由感光细胞→双极细胞→神经节细胞的通路传递至大脑皮层的视觉中枢。视觉神经细胞对于给光刺激做出反应的区域就称为“感受野”。多数视觉神经细胞的感受野分为中心部分和周围部分,称为“中心-周边感受野”。它的一个重要特性就是中心部分和周围部分对光的反应是互相拮抗的。

半个世纪以来,人们用“侧抑制”(lateral inhibition)的经典理论来解释赫尔曼格错觉。所谓侧抑制,就是指受刺激而兴奋的神经元会抑制相邻神经元的活动。在赫尔曼格错觉中,当感受野偶然落在栅格交叉处时,周围有4个明亮抑制块,让中间显得黯淡;当神经节细胞看“街道”的时候,周围只有2个抑制块,所以,它会比位于十字交叉处的神经元获得更高的刺激量,也就是看起来是白色。

然而,现在最新的研究表明以上经典解释可能是有问题的。如果对网格线条做轻微的扭转,会令错觉现象消失。这说明视皮层处理信息具有方向选择性,也称为神经元的方向选择性。

有时,静止的图像看起来就像在缓慢运动,上图中的圆盘就似乎在缓慢旋转。现在我们还没有完全弄清楚运动错觉的神经机制,只能说产生这一错觉的前提条件是不对称的亮度等级。

佐尔纳错觉(Zöllner illusion)是另一种常见的视错觉。1860年,德国天体物理学家约翰·卡尔·弗里德里希·佐尔纳发现,与短线相交成锐角的平行线表现为发散状。在图中,有一系列与短线交叉重叠的倾斜直线,看起来这些直线摆放得零零散散,很快就要相交——但实际上这九条“倾斜直线”全部都是平行的。

恒常性是人脑认知的固有机制。一个物体离我们越远,在视网膜上成像越小,但我们不会因为离它远一些就认为它变小了,这就是大小恒常机制在起作用。当物体的距离减半时,物体图像的尺寸增加一倍。视觉系统会将视网膜上的投影大小乘以假设的距离,使得我们能够不受几何透视影响,估计物体的尺寸。

格式塔效应是指编组在一起的物体倾向于被视为整体的一个部分。我们倾向于忽略缝隙,感知到轮廓线条,从而使得图片结合成一个整体。当一幅图片的某个部分缺失时,我们的感知会自动填充缺失的部分。研究表明,知觉系统之所以如此,是为了增加周围刺激的完整性。

狗狗会不会有错觉?有脑洞大开的科学家做了一些有趣的实验。澳大利亚乐卓博大学的Sarah Byosiere让狗狗看艾宾浩斯-铁钦纳(Ebbinghaus-Titchener)错觉。实验结果表明,狗也有艾宾豪斯-铁钦纳错觉。但是狗与人类不同,人类会觉得周围环绕较小圆环的实心圆看上去更大,而狗选择的却完全相反。

心理物理学家约瑟夫·德尔博夫于1865年建立了德尔博夫(Delboeuf)错觉。两个实际大小相同的黑色圆周围环绕着大小不同的圆环。通常,对人的视觉而言,左边的黑色圆看起来比右边的略小。狗眼中的德尔博夫错觉是怎样的呢?意大利帕多瓦大学的Christian Agrillo和他的同事尝试使用捆成圆圈的狗粮来测试各种不同种类的狗受德尔伯夫错觉的影响性。

很多错觉仍然没有被完全理解,但它们为后来的实验者和技术发展提供了丰富的资源。现在已经有一些前沿的技术,用更加精细的技术手段来测量人类大脑,从认知神经科学的角度探索错觉形成的内在机制。柏拉图已经在他的“洞穴寓言”中告诉我们感知和现实之间的差异。我们很有可能永远不能转身看见真实的现实,但我们能尽最大努力去理解它。幸运的是,我们既能够透过错觉现象来了解视觉的奥秘,又能够欣赏和享受它们带给我们的艺术之美。

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