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这里有两张相同的脸——但是且慢,阴影为什么是反的?!

2017-09-05 09:04:05 作者:果壳网 关注:Guokr42 神评论

作者:Dalles_Chen 

编辑:窗敲雨


这里并排展示着两张看起来没什么不同的脸。但是且慢,它们的阴影为什么是反的?

答案其实很简单:右侧脸并不是凸起的,而是凹陷的模型。

图片来自:David Mack,fineartamerica.com

认真观察一下不同角度的模型,很好,现在你已经清楚地知道凹陷脸的存在了。再看看中间正对着你的模型,你看到凹陷的脸了吗?

对很多人而言,答案恐怕还是否定的。这两张脸,怎么看起来还是全都凸起的样子?


看不到的凹脸

这种现象有个十分耿直的名字:凹脸错觉(hollow-face Illusion),这种著名视错觉被人们发现已经有200多年了,但至今它依然是研究者非常关注的对象。这是因为,凹脸错觉的效果真的十分霸道

视网膜接收的原始信号是二维投影,而视觉系统有很多方法可以还原出三维世界的深度信息。但是这些视觉系统的“杠把子”技术——“双眼视差”和“运动视差”在凹脸错觉面前全部失效。一些视错觉装置可能稍微改变视角就会露陷,但在凹脸面具面前,我们即使左右移动,错觉效应也一直存在。即使把凹脸模型旋转起来,人们往往也只会在极端的角度看到凹陷的脸,而在其他角度,凹进去的一面看起来会像是反向移动的凸脸。

录制者:The Royal Institution

研究者发现,除非我们走进到一米之内,我们才能看清凹脸的真面目。改变光源?没用的。即使从我们认为的光源反方向打光,错觉依然存在。

人们通常会默认光源是从上向下打的,如果反向打光会让人产生一些物体凹凸变化的感觉,但是这一招对凹脸面具却没什么用。上图中从左至右的物体分别是:水果包装材料(实际是凹陷的),突出的人脸模型和凹陷的人脸模型。在光线变化之后,容易感觉包装材料凹凸变化,但凹陷的人脸面具看起来始终像是凸起的。录制者:Weipeng Liu


大脑又想偷懒了

我们看到什么样的东西不仅取决于视网膜接收到的原始信号,大脑中的既往经验也影响着视觉感知的过程,凹脸错觉就是这样一个例子。

有观点认为,“把所见的物体看成凸起的”是一种普遍的倾向,这可以部分解释凹脸错觉出现的原因,不过这还远不是问题的全部答案。

在一定距离之外观察,其他物体也可以产生类似的错觉,不过凹陷的脸还是特别的,它产生的错觉尤其强烈。实验发现,相比造型随意的凹陷物体,凹陷的人脸模型产生了明显更强的错觉,观察者必须靠得更近才能消除错觉的影响[1]。如果在3D人脸模型中逐步加入噪点使其失真,也会让凹脸错觉随之减弱[2]。将人脸模型倒置同样会减弱把凹陷看成凸起的倾向[3]。这些结果都说明,“熟悉程度”影响着人们的视觉感知。

 

加入噪点可使凹脸错觉的作用逐渐减弱。图片来自:Hill, H., & Johnston, A

人对视觉信息有两套基本的加工方式,自上而下加工(top-down process)和自下而上加工(bottom-up process)。

我们可以这样理解:大脑中有个类似于“登记处”的场所,存储着各种我们见过的事物。当遇到我们熟悉的事物,大脑会在“登记处”搜索,当发现匹配的模板,大脑便不再费心纠结于眼前这个事物的细节,而是直接向下级知觉系统通报:“这个是人脸,下一题”,这就是“自上而下”的加工。

身为人类,我们对“脸”的敏感度拔群,以至于你根本无法忽略那些有点像人脸的东西……

而当面对新的事物时,大脑无法对照既有的模板进行识别,便不得不仔细加工眼前的事物,再将细节组合,从而构成对新事物的知觉。这就是自下而上的加工,过程更加费时费力。最后,大脑会将新事物存储到登记处,以便下次可以进行省时省力的自下而上加工。 

而凹脸错觉的出现就可以看成是大脑“偷懒”的过程。因为大脑轻易不想使用费时费力的自下而上加工,于是每次都会登记处搜索一番,找到完全匹配的自然好,但如果找不到完全匹配的,也会忽略一些事物和模板的细节差异,硬安到模板上去,从而省去自下而上的加工。即使光影信息矛盾,大脑依然通过经验让我们感知到了凸出的人脸,这样它就可以省去加工凹脸认知资源了。而为了可以这样干,我们大脑甚至让我们认为凹陷的脸反向运动了起来,以掩盖“它其实不是正常人脸”的秘密。


感觉不到凹脸错觉,这是病吗?

凹脸错觉的作用很强,但人们发现,一些人并不会被这种错觉迷惑——例如精神分裂患者

这其实也与上面提到的两种认知加工方式有关。精神分裂不仅是心理疾病,患者的胼胝体(用于连结大脑左右半球)也会出现异常,导致左右脑并不能良好地进行交流[4]。而自上而下加工又是高级的整体加工,需要大脑的各部分相互交流进行。所以精神分裂患者的认知加工不得不更多依赖“自下而上”的模式,这样一来,就不具备凹脸错觉产生所需的要素了[5]。

那么,如果一个人看不到凹脸错觉,是不是说明ta患上了精神分裂症?确实有人提出过这样的思路,不过这个小测试还不能作为普遍的诊断或者康复指标。有研究发现,大概30%精神分裂症患者和一般人有显著的差异;而且在患者人群中,患病持续时间,患病的年龄,以及重症程度均和辨别凹脸错觉的表现无相关关系[6]。


番外篇:眼神锁定你!

经常出现在网络上的那只总是会盯着人看的小恐龙纸模,它其实也可以看成凹脸错觉的体现。

录制者:brusspup

这种纸模的头部其实是凹陷的,而我们容易将它看成更为熟悉的凸起状。如果恐龙的脸是正常的,当我们向左挪动几步,我们应当会看到更多恐龙右脸的部分,左脸则会被挡住。但因为恐龙其实是凹陷下去的,所以当我们向左挪动时,我们实际看到了恐龙更多的左脸,而右脸反而被挡住了。在这个矛盾之下,大脑给出的解释是:恐龙的脸肯定是跟着你动了,且比你动的幅度还要大。

于是,人们就摆脱不开这个烦人的小家伙的注视了。

转到极端角度,凹陷的脸终于露馅了。录制者:brusspup

(编辑:窗敲雨)

参考资料:

  1. http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1068/p231335

  2. http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1068/p5523

  3. https://link.springer.com/article/10.3758/BF03212186

  4. Beaumont, J. G., & Dimond, S. J. (1973). Brain disconnection and schizophrenia. The British Journal of Psychiatry.

  5. Dima, D., Roiser, J. P., Dietrich, D. E., Bonnemann, C., Lanfermann, H., Emrich, H. M., & Dillo, W. (2009). Understanding why patients with schizophrenia do not perceive the hollow-mask illusion using dynamic causal modelling. Neuroimage, 46(4), 1180-1186.

  6. Wichowicz, H. M., Ciszewski, S., Żuk, K., & Rybak-Korneluk, A. (2016). Hollow mask illusion–is it really a test for schizophrenia?. Psychiatr. Pol, 50(4), 741-745.



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