视觉再现「科比」,却是大脑的善意谎言
2022-04-21 生物探索 生物探索
人们往往会表现出眼睛看到了,但大脑没来得及处理并发送指令给身体做出反应。视觉暂留也为我们带来了有利影响,比如如果没有视觉暂留,那么你将无法欣赏到电影的精彩。
无论是否关注篮球运动,科比·布莱恩特这个名字你一定听说过。他是一代人的青春印记,一个曾在NBA单场夺得81分的人,一个跟腱断裂后仍然坚持上场罚球的人,一个对胜利渴望至极的人。他传递的“曼巴精神”,将从不退却,从不放弃,从不逃遁,忍辱负重,在困难中创造奇迹,表现得淋漓尽致,也激励了无数人的一腔热血!然而,天妒英才,飞机失事带走了科比,这也让众多热爱体育的人无限追忆。如果说能够让您的“视界”再现科比面容,您敢信吗?那就让我们不妨一试。 下面这张图片(图1)乍一看平平无奇,但您只需要盯住鼻子上的四个白点,并保持10秒不眨眼,然后迅速盯着白色背景墙体连续眨眼,便可发现意外惊喜—科比的面容出现了!相信很多人都会有疑问,这是怎么回事?是眼睛出现了问题?还是大脑出现了问题?其实二者都没问题,问题出现在视觉暂留(又称“余晖效应”)。
图1 实验图片(图源:Twitter) 大脑视觉刷新,有15秒延迟 2022年1月14日,加州大学伯恩利分校心理学和神经科学等研究团队在Science Advances发表题为“Illusion of visual stability through active perceptual serial dependence”的文章,从认知神经科学的角度研究了大脑加工视觉信息的底层机制,发现大脑处理视觉信息有延迟。它会把最近一段时间看到的画面作平均混合后才更新一次,更新的时间大概在15秒(图2)[1]。
图2 研究成果(图源:Science Advances) 此项研究招募了70名参与者,分为三组,分别观看年轻的、年老的、逐渐变老的30秒视频女性照片,并回答照片中人物年龄变化。结果47名观看了视频的人会显著低估年龄的变化,平均低估了5岁左右。此外,研究人员进行了给视频加上随机噪声、把年龄变化换成性别变化等12组对比实验,发现参与者对人物面孔年龄的判断,不仅与开头图像有关,还会受到整个视频的影响。最后研究人员根据所有试验计算得知,人们看到的最新图像是最近15秒左右所有信息做平滑处理的结果,而非实时图像。 研究人员Mauro Manassi和David Whitney表示,“大脑这种机制是一种‘偷懒’行为,不过有两点好处。一个是可以节能,因为实时处理每一帧视觉信息需要不停调动大量的视觉神经元,消耗太大;另一个是带来稳定的认知,如果实时更新图像,人类会感觉世界过于混乱和不稳定。同时也有坏处,这种延迟和模糊机制在大部分日常生活场景中都有积极作用,但当需要绝对精确的视觉信息时也会产生问题。” 人类视觉暂留现象,深层次原因几何? 感知是人类智能活动的基础,在日常生活和工作之中,人类的感觉器官负责从周围环境中获取信息,并对自己的行动进行指导。人类的认知与器官的关系是味觉1%、触觉1.15%、嗅觉3.15%、听觉11%、视觉83%。从记忆的角度来看,人们能记住自己阅读内容的10%,自己所听内容的20%,自己所看内容的30%。由此可见,视觉对人类获取外界信息尤为重要。 关于视觉延迟的原因,加州大学洛杉矶分校医学院神经生物学系在Nature Reviews Neuroscience曾发表题为“Through the eye, slowly; Delays and localization errors in the visual system”的文章进行了详细解释(图3)[2]。
图3 研究成果(图源:Nature Reviews Neuroscience) 此项研究的平滑追踪运动试验表明,对运动目标T进行平滑追踪时,T的物理信号在时间为tn-x时撞击视网膜,但40毫秒后信号才到达大脑,此后大脑才进行信号处理,而此时眼睛已经移动捕捉下一帧信息了,最终造成对运动物体在时间和空间的定位错误(图4)。
图4 视觉延迟对平滑追踪的影响(图源:Nature Reviews Neuroscience) 人类视觉这个复杂的系统有着惊人的表现力,但它最大的缺点之一就是系统的迟滞响应特性,这也是视觉系统的时间特性之一[1]。由于迟滞特性的存在导致看到运动物体模糊以及误定位等现象。当一个物体出现在观测者面前时,需要一段时间才能对它作出反应,也就是说当一个视觉激励输入视觉系统以后,视觉系统需要经过一段响应时间,人才能感受到这个激励。这一特性导致看到的物体其实是之前某一时刻的物体,这就是视觉系统的迟滞特性。 视觉暂留使得人类在判断一些事情的时候有延迟,比如过马路时,看到迎面过来一辆车,马上就要撞上了,尽管我们已经快速反应了,却依然躲不开。人们往往会表现出眼睛看到了,但大脑没来得及处理并发送指令给身体做出反应。视觉暂留也为我们带来了有利影响,比如如果没有视觉暂留,那么你将无法欣赏到电影的精彩。 参考资料: [1]Manassi M, Whitney D. Illusion of visual stability through active perceptual serialdependence. Sci Adv. 2022 Jan 14;8(2):eabk2480. doi: 10.1126/sciadv.abk2480.Epub 2022 Jan 12. PMID: 35020432. [2]Schlag J, Schlag-Rey M. Through the eye, slowly: delays and localization errors in the visual system. Nat Rev Neurosci. 2002 Mar;3(3):191-215. doi: 10.1038/nrn750.PMID: 11994751. [3]Donner K. Temporal vision: measures, mechanisms and meaning. J Exp Biol. 2021 Jul15;224(15):jeb222679. doi: 10.1242/jeb.222679. Epub 2021 Jul 30. PMID:34328511; PMCID: PMC8353166.
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