神奇美妙的視錯(cuò)覺世界

史曉雷

您一定讀過英國作家路易斯·卡羅爾的《愛麗絲夢(mèng)游仙境》吧，還記得愛麗絲掉入兔子洞之后遇到的神奇世界嗎？不合常理的事情總是很吊我們的胃口，比如我們時(shí)常會(huì)遇到的錯(cuò)覺現(xiàn)象。

錯(cuò)覺，就是錯(cuò)誤的知覺，即我們的感官將接收到的外界信息通過感受器傳送給大腦后，得到與實(shí)際事物不符的現(xiàn)象。就人類獲取外界信息的渠道而言，視覺占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，可達(dá)80%以上，因此視錯(cuò)覺最為常見。視錯(cuò)覺大致可分為二維的與三維的兩種。好了，深吸一口氣，精彩詭異的揭秘視錯(cuò)覺之旅馬上啟程了！

視覺中的“大小恒常性”

首先，我們來看視錯(cuò)覺中最常見的繆勒-萊耶爾錯(cuò)覺（圖1）。你會(huì)感覺圖中上方的線段長于下方的線段，可事實(shí)上它們等長，不信你可以用直尺親自量一下。這究竟是怎么回事呢？目前對(duì)該錯(cuò)覺的主流解釋是視覺中的“大小恒常性”機(jī)制。該機(jī)制認(rèn)為，我們?cè)谂袛辔矬w大小的時(shí)候，視覺系統(tǒng)自動(dòng)會(huì)把物體與我們的距離因素考慮進(jìn)來。例如，筆者判斷站在面前的張三身高與他距筆者50米之外不會(huì)有較大誤差，盡管前者在我的視網(wǎng)膜上成的像會(huì)大一些。我們?cè)谂袛鄨D1兩條線段的長短時(shí)，會(huì)不自覺地考慮到距離因素，也就是置于三維空間去判斷。

在經(jīng)驗(yàn)中，對(duì)觀察者而言，如圖2地板上墊子靠近觀察者一側(cè)的邊長與其對(duì)邊長，后者一定短于前者，視覺上后墻的長（類比圖1上線段）自然長于墊子邊長（類比圖1下線段）。但是這一解釋仍有無法克服的困難，例如在繆勒-萊耶爾的變形圖（圖3）中，我們能感覺到下方的線段要長于上方的。一種解釋為向外傾斜的箭頭或者如圖置于兩端的圓形造成了線段橫向的視野開闊，誤導(dǎo)了視覺在水平方向的錯(cuò)覺。

干擾線誤導(dǎo)視覺

接下來的三幅圖均與平行線有關(guān)。圖4是佐爾拉錯(cuò)覺，是德國天體物理學(xué)家佐爾拉于1860年發(fā)現(xiàn)的。本來是一組相互平行的線段，在添加上一些附加線段之后看上去便不再平行。圖5與圖6分別叫海林錯(cuò)覺與馮特錯(cuò)覺，分別由德國生理學(xué)家埃瓦爾德·海林與威廉·馮特在19世紀(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)。這兩幅圖均受到放射狀線的影響，使得原本的平行線看上去發(fā)生了彎曲，只不過兩者彎曲的方向正好相反。

這些造成視覺上形狀或方向發(fā)生的原因主要是干擾線的存在誤導(dǎo)了視覺。干擾線的布局還會(huì)影響錯(cuò)覺的效果，比如對(duì)佐爾拉錯(cuò)覺而言，不但干擾線要交錯(cuò)分布，而且與平行線的夾角還有關(guān)系，有研究表明在兩者呈45度角時(shí)，佐拉爾錯(cuò)覺效果最明顯。在圖7與圖8中，正方形與圓形發(fā)生變形也是受干擾線影響的結(jié)果。

“側(cè)抑制”引發(fā)的視錯(cuò)覺

看來，人們常說的“眼見為實(shí)”也不靠譜。接下來我們看幾個(gè)由于“側(cè)抑制”引發(fā)的錯(cuò)覺。什么是“側(cè)抑制”呢？生理學(xué)上講，視網(wǎng)膜上的神經(jīng)細(xì)胞受到光刺激的同時(shí)，會(huì)對(duì)周圍的神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生抑制作用，這種現(xiàn)象就叫作“側(cè)抑制”。它發(fā)生在視網(wǎng)膜上一種叫作側(cè)細(xì)胞叢的結(jié)構(gòu)上。理解了嗎？若是沒理解，通俗來講就是被亮的區(qū)域包圍的區(qū)域顯得暗些，而被暗一些的區(qū)域包圍的區(qū)域顯得亮些。圖9是著名的赫爾曼柵格錯(cuò)覺，在白色柵格的十字交叉處我們能隱約感覺到有暗灰圓點(diǎn)在閃現(xiàn)。這是因?yàn)樵谑纸徊嫣幍乃倪叾际橇恋膮^(qū)域，而白柵格只是兩側(cè)，所以注視交叉處的視網(wǎng)膜區(qū)域比注視白柵格的區(qū)域受到了更多的抑制，就顯得比其他區(qū)域暗一些，于是在交叉處看到灰點(diǎn)。圖10左右兩個(gè)灰色豎條塊的灰度是一樣的，但看上去左邊的顏色要深于右邊，這也是“側(cè)抑制”的因素導(dǎo)致的。

弗雷澤螺旋錯(cuò)覺

當(dāng)你看圖11時(shí)，一定會(huì)感覺到是條螺旋線，但當(dāng)你拿筆沿著線條描下去就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們是一系列的同心圓。這張圖是著名的弗雷澤螺旋錯(cuò)覺，是由英國心理學(xué)家弗雷澤于1908年描繪的。這種錯(cuò)覺主要由圖案背景中那些內(nèi)切于圓并向外微微斜向發(fā)散的黑色線條引起的，具有方向性的黑色線條刺激了對(duì)方位敏感的視覺細(xì)胞，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生螺旋錯(cuò)覺。

圖12是刪除誘導(dǎo)線之后的圖案，這時(shí)錯(cuò)覺已經(jīng)基本消失（即使微有的話，也是背景圖案中具有方向性的條狀格帶誘導(dǎo)產(chǎn)生的）。圖13與圖14均是弗雷澤螺旋的幾何變體。

“魯賓的花瓶”

圖15你一定見到過，你的視覺也一定會(huì)在花瓶的輪廓與兩張人的側(cè)面孔之間來回轉(zhuǎn)換。它是丹麥心理學(xué)家埃德加·魯賓于1915年設(shè)計(jì)的，一般被稱作“魯賓的花瓶”。在花瓶與面孔的視覺轉(zhuǎn)換中，其實(shí)是主體與背景之間的變換。如果你選擇的是花瓶，那么大腦自然會(huì)把面孔作為背景來對(duì)待，反之亦然。不過觀察者的選擇或者對(duì)圖案的理解與觀察者的經(jīng)驗(yàn)背景有關(guān)，如果他對(duì)花瓶熟悉，那么在看到的一瞬間大腦會(huì)把這一信息傳遞給視覺系統(tǒng)，從而白色花瓶從黑色背景中分離出來。觀察者在這兩種圖案之間轉(zhuǎn)換并不費(fèi)力。

圖16與圖17的機(jī)制與此類似，你首先會(huì)看到什么呢？然后轉(zhuǎn)換下背景又會(huì)看到什么？

如果你是第一次看到圖18，相信你除了一些毫無規(guī)則的黑白斑點(diǎn)外發(fā)現(xiàn)不了什么。但請(qǐng)你靜下心來慢慢搜尋圖案中一只正在行進(jìn)中的達(dá)爾馬提亞狗（斑點(diǎn)狗），相信你很快會(huì)如愿以償。這說明人類的視覺系統(tǒng)在處理這些零散的圖案信息時(shí)有著驚人的綜合能力。無疑，這些是人類長期進(jìn)化的結(jié)果。在遠(yuǎn)古時(shí)期，它是我們識(shí)別猛獸與尋覓食物的重要保障。一旦有意義的事物呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜上，再想回歸到無意義就很難了，我們的大腦已經(jīng)習(xí)慣給凌亂的視覺信息指定一個(gè)合理的解釋。1976年“海盜”一號(hào)探測(cè)器拍攝到的那張著名的“火星臉”（圖19）曾引發(fā)人類五花八門的猜想，其實(shí)那張“臉”無非是我們對(duì)火星上一堆自然的巖石引發(fā)的視覺錯(cuò)覺。

“不可能物體”

最后我們來體驗(yàn)下視覺錯(cuò)覺中最詭異的盛宴“不可能物體”。在圖20中，乍看上去右方的叉子通過中間框的3個(gè)孔會(huì)穿到左邊的3個(gè)六角螺帽中（右下角是螺帽的放大圖）。但你仔細(xì)看就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們?nèi)渴恰安豢赡芪矬w”！以右邊的叉子為例。如果從叉子的左端看，它是一把三腳叉（圓柱狀），但從叉子的右端看，它又是兩腳叉（四棱柱狀）。夠離奇吧？這把吊詭的叉子被心理學(xué)家稱為“魔叉”。那么產(chǎn)生錯(cuò)覺的原因何在呢？原來是物體構(gòu)造線中“一線多意”引起的。以這把“魔叉”為例，右端上表面的第一條棱線，既可以理解為棱柱腳的邊線（從右端看），也可以理解為圓柱腳上端的平滑線（從左側(cè)看），可事實(shí)上這兩條線本身不會(huì)重合。在叉子的構(gòu)造線中，所有的長棱線均有這樣的“歧義”，加上中間兩條長棱線從右端到左端實(shí)現(xiàn)了三維的扭曲。正是這些誤讀與扭曲，使得我們疑竇叢生，哪里會(huì)有這樣的物體！圖中的框與左側(cè)的螺帽一樣是“不可能物體”，就留給讀者自己分析吧。

談到視覺錯(cuò)覺的“不可能物體”，不能不提到荷蘭著名藝術(shù)家埃舍爾。埃舍爾是錯(cuò)覺藝術(shù)的超級(jí)大師，一生創(chuàng)作眾多引人入勝的“不可能世界”。我們就以他的《瀑布》（圖21）與《觀景樓》（圖22）作為我們這次視錯(cuò)覺之旅的終點(diǎn)，在這些不可思議的世界里駐足品味視錯(cuò)覺帶給我們的美妙與神奇吧。

【責(zé)任編輯】趙新宇