视知觉是如何构建的

早在100多年以前，德国物理学家和生理学家亥姆霍兹在他的《生理光学》（Treatise on Physiological Optics）一书中就指出过，知觉的形成牵涉基于感觉进行归纳推理所产生的某些下意识假设，这些假设是根据个体甚至种系过去的经验形成的。人们通过一系列的错觉现象来论证亥姆霍兹的这一论断。这样的例子举不胜举，下面我们以三个例子为代表。

请看图1-21，图中有三个黑色的缺角圆盘，它们的圆心位置正好处在一个正三角形的三个顶点上，而每个圆盘都缺掉60°的一块扇形区域，而每块这样的区域又正好就覆盖了三角形的三个角。这样人为的安排在自然界中自发出现的概率几乎为零，按照亥姆霍兹的思想，这时脑只能假设有一个白色的正三角形正好遮挡住了这三个圆盘的三块扇形区域。因此，人们就会产生看到了一个白色三角形的错觉，甚至好像还看到了这个三角形的三条完整的边呢。这一错觉按其发明者的名字被命名为卡尼萨三角错觉。

图1-21　卡尼萨三角错觉图。

图1-22所示的错觉以其发明人印度裔美国神经科学家拉马钱德兰（V.S.Ramachandran）的名字命名为拉马钱德兰错觉，它甚至比卡尼萨三角错觉更能说明亥姆霍兹的假设。这是一些圆盘，不过左侧9个圆盘的上半部比较亮，而下半部比较暗；右侧9个圆盘则正好相反。当您看这幅图时，您会不由自主地觉得左侧的圆盘向外突起，而右侧的圆盘则下陷。有趣的是，如果您把书颠倒过来看，那么这时左侧的圆盘变成下陷，而右侧的圆盘则成了上凸。为什么会出现这种情况呢？拉马钱德兰的解释是：我们这个世界的自然光源——太阳——在绝大多数时候都高悬头顶，光是从上面照下来的，在这种条件下，凸起物是顶部受到光照，因此发亮，而底部则照不到光，因此发暗；下陷的情况则正好相反。所以，我们总是把上亮下暗的圆盘看成是上凸的，而把上暗下亮的圆盘看成是下陷的。这里面隐含了一条假设：光是从上面照下来的。如果您把图1-22转过90°来看，凹凸就不那么明显了。

图1-22　拉马钱德兰错觉图。

图1-23　埃姆斯魔屋。

图1-23中所示的建筑设计会使您产生一种更奇怪的错觉。图1-23（A）的实线画的是一间形状奇怪的屋子。屋子的前壁和左壁都是正常的长方形，但是后壁和右壁呈直角梯形，而不是像图中用虚线表示的那样为正常的长方形。在前壁的中心有一个小孔，正好能让观察者用一只眼观看屋内的景象。小屋后壁和右壁上的镜框形状都设计得使它们落在视网膜上时正好和虚线所表示的正常墙壁上的长方形镜框落在视网膜上的像一样。由于观察者只能用一只眼睛往里面看，因此就没有双眼视差，观察者也就没有深度感。根据经验，观察者下意识地会假设这是一间正常的屋子。这时如果让两个女孩分别站在屋子的左后角和右后角，由于右后角要比左后角离观察者近得多，因此在那儿的人在视网膜上的投影要大得多。由于观察者下意识地假设了这间屋子是正常的，因此就下意识地推论这两个人和他的距离是相同的。由于右面的人在视网膜上的投影要比左面的人大得多，那么一个下意识的推论就是右面的人要比左面的人高大得多，观察者看到的是如图1-23（B）所示的景象。这个屋子也以其发明者的名字埃姆斯（Adelbert Ames）命名为埃姆斯魔屋。^[13]

以上这些错觉^[14]的产生都是脑根据个体或种系以往的经验推理的结果，但是在脑作这样的推理时，我们并没有意识到，它就这样自然而然地发生了，这些都支持了亥姆霍兹的理论。格林（I.Glynn）说道：“虽然这类解释并没有告诉我们脑究竟是怎样推理的，但是它们给了我们一些有关脑中所进行的信息处理的可能线索。”克里克（Francis Crick）在他的名著《惊人的假说》（The Astonish⁃ing Hypothesis）里有一段非常精辟的论断：“看是一个主动的建构过程。你的大脑可根据先前的经验和眼睛提供的有限而又模糊的信息作出最好的解释。进化可以确保大脑在通常的情况下非常成功地完成这类任务，但情况并非总是如此。心理学家之所以热衷于研究视错觉，就是因为视觉系统的部分功能缺陷恰恰能为揭示该系统的组织方式提供某些有用线索。”^[15]这段话非常清楚地解释了上面所叙述的一切。坎德尔说了同样意思的话：“错觉告诉我们，知觉是脑在解释视觉素材时根据所用的许多假设，下意识地猜测的一种创造性构建的结果。”这一结论虽然已为绝大多数人所承认，但是有关脑是怎么样把输入进来的视觉素材下意识地进行创造性的构建，依然很不清楚。所以在一般人认为十分简单的“看”，其实却非常复杂！克里克晚年的长期合作者科赫（Christof Koch）的话可以作为本章的一个最简要的总结：“我们并不是用眼睛来看的，而完全是用脑来看的。”其实不光是视知觉，其他感知觉又何尝不是如此呢！

【注释】

[1]希波克拉底（Hippocrates）是古希腊时期的一位名医，提出了许多重要的医学思想。但以希波克拉底的名字命名的文集可能并不都是希波克拉底的作品，有些是他的同时代或以后其他人的作品，因此把他们统称为一个学派并不为过。

[2]译文引自：朱生豪译，《爱的徒劳》第4幕，第3场。载《莎士比亚全集》第1卷，译林出版社。

[3]他亲自做了许多解剖实验，特别是人的尸体解剖，纠正了盖仑的许多错误，因此被认为是现代解剖学的开山鼻祖。他的名著《人体的构造》（De Hum an i Corporis Fabrica）和哥白尼（Nico laus Cope rn icus）的《天体运行论》（De Revo lution ibus Orb ium Co⁃e lestium）在1543年先后发表。同一年中竟然有两本在科学上产生根本性革命影响的巨著发表，这成了科学史上的美谈。

[4]他是神经元学说的提出者，认为神经系统是由一个个彼此相对独立的神经细胞构成的。人们普遍称他为神经科学之父。

[5]关于弗里奇和希齐希的发现故事，可查阅拙作《脑海探险：人类怎样认识自己》。

[6]周杲良是美籍华人，出身于名门望族，其父周叔弢是著名实业家、藏书家。周杲良长期担任斯坦福大学教授，在神经科学方面成就卓著，逝世于1998年。

[7]应国瑞是美籍华人学者，早年在麻省理工学院攻读博士学位时的研究方向是脑科学和认知科学。后来，应国瑞成为案例研究法理论领域一位有突出影响的学者。

[8]莱特文博士告诉过笔者有关我国神经科学大师张香桐教授的一件轶事。在“文革”期间，出于对老朋友安危的关心，他给张教授写了封问候信。很快他就收到了“回信”——一个空的信封！很可能，张香桐教授接受了以前受“批判”的教训，因为那些不学无术的“造反派”竟然质问他给“洋人资产阶级权威”写信时称呼对方为“亲爱的”（dea r）是什么立场！

[9]托马斯·杨的名字你应该不会陌生，他最著名的科学成就是利用双缝干涉实验，证明光具有波动性。

[10]所谓单眼剥夺就是把动物的一只眼睛的眼睑缝合起来让它不能看到东西。

[11]指统计规律性随时间不断改变的性质。

[12]β频率指频率在13—30赫兹的脑电；γ频率指频率在30—70赫兹的脑电，也就是一般所说的40赫兹振荡。

[13]在澳大利亚墨尔本博物馆中就有一间这样的埃姆斯魔屋。笔者在到墨尔本旅游时专程去亲历了这一奇境，其后壁上涂有像图1-23（B）地板上那样的黑白相间的方块。这些方块从室外的小窗口看进去大小是一样的，但是走到室内一看，离前壁远的那端的方块要比近处的方块大。如果读者有机会去那里旅游的话，这个机会千万不能错过。

[14]关于错觉的更多的例子，请参看拙作《脑科学的故事》。

[15]译文引自：克里克著，汪云九等译，《惊人的假说》，湖南科学技术出版社，1998。