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(关于视觉你所不知道的)
面包片、煎饼、比萨、冰激凌、涂抹酱、香蕉、蝴蝶脆饼、薯片和墨西哥玉米片有什么共同点?答案:上面都出现过耶稣的脸。(真的,都有据可查。)除了食物上,耶稣还经常显现在涂了清漆的木制品表面。不止有耶稣,有时还有圣母玛利亚,甚至猫王(Elvis Presley)。
实际上,全世界数不胜数的物品具有随机的颜色图案或明暗图形,纯粹出于偶然,有些恰好神似某个著名形象或是面孔。而如果这张脸还属于一个富有玄学特征的名人(猫王即属此列),就更容易引起关注,让人浮想联翩了。
最古怪的一点(从科学角度来说)在于,即便清楚地意识到那只是烤面包片而不是什么耶稣复活,我们还是会看出那些形象。哪怕不相信宗教的人也都可以认出所谓的耶稣或圣母玛利亚。
人脑对视觉的倚重超过所有其他感觉,视觉系统自豪地拥有许多令人称奇的怪癖。和其他感觉一样,如果认为眼睛是两只湿漉漉的摄像机、丝毫不漏地获取着周围环境的信息并将其完整地传到大脑,那就太不符合实际情况了⑤。
很多神经科学家主张,视网膜是脑的一部分,因为它和大脑发育自相同的组织,并且与大脑直接相连。眼睛接收光线,光线从前面穿过瞳孔和晶状体,落在后方的视网膜上。视网膜是一层很复杂的结构,由光感受器组成。光感受器是专门检测光的神经元,其中一部分只要六个光子(1个光子是光的1“位”)就能将其激活。这种惊人的敏感程度相当于银行安保系统在有人刚起了抢银行的念头时就触发警报。这类敏感度高的光感受器叫作视杆细胞,主要识别明暗对比,它们在如夜晚等弱光条件下工作,明亮的日光实际上会让它们过饱和而无法发挥作用,就像把一加仑水往一只鸡蛋杯里倒。另一种(日光友好型的)光感受器负责检测特定波长的光子,也就是我们感知到的色彩。这类光感受器叫作视锥细胞,让我们对环境有更细致的分辨,只是需要在光比较强时才会被激活,从而回答了为什么我们在光线昏暗的地方辨不出色彩的问题。
光感受器在视网膜上的分布并不均匀,不同区域疏密不一。视网膜的中心能清晰地识别出细节,而边缘大部分只给出模糊的轮廓,这是由于中心和外周的光感受器类型有不同的分布密度和连接方式。每个光感受器都连着其他细胞(通常是一个双极细胞和一个神经节细胞),从而把信息从光感受器传送到脑。每个光感受器都是感受野的一部分(连接相同传送细胞的所有光感受器组成一个感受野),不同感受野覆盖视网膜的特定区域。不妨想一下手机基站,它接收其覆盖范围内所有手机传送的各种信息并进行处理。而双极细胞和神经节细胞就相当于手机基站,感受器则相当于手机,共同构成了特定的感受野。当光线到达特定区域时,光通过感受野中的光感受器激活相连的双极细胞或神经节细胞,然后大脑识别出光信号。
视网膜边缘的感受野相当大,就像高尔夫伞似的有硕大的伞面围绕伞轴。但是,面积大也意味着精确性低——很难精确指出一滴小雨点落在了伞面上的什么位置,只知道有没有雨滴。好在靠近视网膜中心的感受野比较小,且分布相对密集,足以提供精准、清晰的图像,让我们得以看到小细节,比如小字印刷的说明。
奇怪的是,视网膜上只有一处能识别精细的细节,叫作中央凹,位于视网膜的正中间,占整个视网膜面积的1%不到。如果把视网膜比作宽屏电视机,那么中央凹只是屏幕中间的一个拇指印。眼睛的其余部分则提供给我们隐约的轮廓、模糊的形状以及颜色。
有人可能觉得这说不通呀,我们不是把世界看得清清楚楚明明白白的吗,有如此怪异的白内障也没关系?上面描述的编排方式简直就像反着拿镜头上涂有凡士林的望远镜。可令人担心的是,从最纯粹的意义上说,我们就是这么“看”的。只不过,大脑在我们的意识感知到图像之前就完成了杰出的图像清晰化工作。比起大脑对视觉信息所做的提升,最好的图像处理软件修出来的图片也无异于黄色蜡笔涂鸦的草稿。那么,大脑是怎么做到的?
我们的眼睛总在转动,主要原因就在于中央凹要对准周围环境中需要看清的各种东西。过去,追踪眼球运动的实验曾用特制的接触式金属镜片——不妨想象一下那滋味,并向那些富有科学奉献精神的人致以敬意吧⑥。
基本上,不管我们盯着什么看,中央凹都会以尽可能快的速度尽量全面地对其扫描。想象一盏对准了一片足球场的聚光灯,而控制它的竟是一个咖啡因摄入量接近极限的人——你的情况差不多就是这样。以这种方式获取的视觉信息,加上视网膜其余部分提供的虽然细节欠佳但尚可一用的图像,大脑足以开展一些重要的修图工作,对看上去像什么做出一些“合理的猜测”。于是,我们就看到了“我们看到的”。
就靠视网膜上那么一丁点大的面积要做那么多事情,听起来这是一套效率十分低下的系统。但是请想一想大脑需要用多少部分来处理这么多视觉信息,哪怕只是令中央凹的面积增大一倍,让它占视网膜的面积超过1%,用来处理视觉的大脑物质就需要增多到使人脑大如篮球的程度。
可大脑是怎么加工的呢?它怎么把如此粗略的信息变成丰富的视觉感知呢?是这样的,光感受器把光信息转换为神经元信号,两眼的视神经⑦把神经元信号传递至大脑的多个部位。视觉信息先是被送到丘脑——大脑古老的中央车站,再从那儿传向更远的地方。有的最终到达脑干;有的到达一处叫作顶盖前区的地方,此处负责对光强做出扩张或收缩瞳孔的反应;还有的到达上丘,此处控制眼球快速移动,也叫眼跳(saccades)。
如果你留意一下自己的眼睛是怎么从左扫到右、再从右扫到左的,就会发现,双眼并不是平滑地移动,而是连续地小跳(动作放慢才能正确体会这个过程),这就是眼跳。在每次眼跳之间,视网膜上会呈现出“静止”的图像,大脑把一组静止图像拼接起来,从而感知到一幅连续的影像。严格说来,两次跳动之间我们并没有“看到”什么,但因为跳动的速度极快,我们注意不到其中的间隔,就像动画片里两帧画面之间一样。(事实上,眼跳是人体完成得最快的动作之一,同样快速的还有眨眼,以及老妈突然走进房间时你合上笔记本电脑的动作。)
当你把目光从一件物体移向另一件时,就可以体会到断断续续的眼跳,可是用目光追随某个运动物体时,眼睛的动作又顺滑得像打了蜡的保龄球。这其中具有演化意义:当你在自然界追逐运动物体时,通常意味着那是猎物或者威胁,所以你需要持续盯着它。可是,我们只在有移动物体可追踪时才能平稳地动眼睛,一旦目标离开视野,眼睛就又通过眼跳回到追踪前的位置。这个过程叫作“视动反射(optokinetic reflex)”。也就是说,大脑的确能平滑地运动眼睛,只是通常不这么做。
可是,为什么我们动眼睛时并没有觉得是周遭世界在运动呢?毕竟,从视网膜上的成像来看,眼睛在动和周遭在动看起来是一样的。幸好,大脑有一套精巧的系统来处理这个问题。眼部肌肉有规律地接收来自耳内平衡和运动系统的信号,并以此区分是眼睛在动还是周围环境在动,也就意味着我们可以在运动的同时盯着某个物体。但这套系统也会犯迷糊,有时我们并没在动,但运动监测系统却依旧
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