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看让你产生错觉的是眼睛还是大脑

发布时间:2019-01-26

  「看是一个主动的构建过程。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一般的情况下非常成功地完成此类任务。但情况并非总是如此。」

  虽然我在大学里念的并非神经科学,但是从毕业以后就一直和神经科学结缘,期间也读到一些把美术作品和神经科学联系起来的文章,觉得非常有趣。遗憾的是,由于年轻时误以为艺术和自然科学是“两股道上的车”,毫不相干,根本就没有注意培养这方面的修养,因此对这类文章也就无法真正深入理解。然而退休以后,我发现缺少艺术修养,其实是缺少了人生非常重要的一面,但是到了晚年再想弥补又谈何容易

  欣喜的是,由于对科普的共同爱好,我有幸结识了好友林凤生教授。他最近推出的新作《名画在左,科学在右》,是我学习艺术很好的资料。当然要想通过读一本书来弥补一生的遗憾未免期望过奢,不过我还是迫不及待地读了全书

  书中图文并茂,作者对照精美插图逐一介绍,就像引领我进入一个藏画丰富的美术馆边看边讲。这是单看画册,或者单读文字所无法做到的。整本书的内容从美术史讲到画家生平,从各种画派介绍到名画解读,给我这个“美盲”扫了盲。特别的是,这本书从科学的角度来解读名画,令人耳目一新,并且还不时夹有作者略带幽默的感悟,夹叙夹议带我初窥名画殿堂。同时,作者还介绍了一些神经科学家对名画的评论,更使我倍感亲切

  林教授能够写出这样一本高度跨学科的著作实属不易!我作为一个门外汉,想要来全面评价这本书是不可能的,此文只是想对从神经科学的视角看名画发表几点感想

  在书的一开始,林凤生教授就引用了莫奈的名言:“要画出用照相机拍不出来的画面”。此话在我看来点出了绘画魅力的真谛。林教授在后面更进一步表示:自从照相机发明之后,绘画艺术更由“求真”转向“求美”。他还引用了诺奖得主、著名神经科学家坎德尔的话

  “当一个伟大的艺术家根据自己的生活经验而画画时,这种抽象出来的内容本来就是模糊的。画的意义依赖于观赏者的联想。”

  林教授以阿钦博尔多的《蔬菜园丁》(图1)为例说明了这个道理。图1中的右图显然是一盆蔬菜,但是如果把它颠倒过来成了左图那样,你就会看到园丁的脸。图还是那张图,只是正放和倒放,为什么会产生这样不同的认知效果?这是因为在正常情况下,没有人会把蔬菜这样悬空放置,再在顶上扣上一个盆子,然而,这些倒置的蔬菜组合倒很像一个正立的带着帽子的粗壮老头

  由于对人脸的识别能力是人们社交中需要掌握的重要技能,所以在漫长的进化中,人类的大脑中发展出了特定的脑区来专门高效地处理正立的人脸。然而,可能因为和识别一般物体共用一个脑区的缘故,人们对倒放人脸的识别效果就要比正立的差得多,更不要说这种需要联想才会想象出来的人脸了

  人的照片在倒放以后,我们也会发现在识别其细节方面会有困难。例如图2中是两张倒放的照片,虽然你会看出这是两张倒放的人脸,但是你能看出这是谁吗?你能说出它们有什么不同吗

  如果你不能的线度直立起来。对于这两张正放的照片你一下子就能看出都是爱因斯坦的照片,只是右面一张照片上的眼睛和嘴巴给倒置了,因此使其表情异常古怪。所以林教授说:“人的视觉不是照相机,不是被动、完整地客观再现,而是有选择、有重点地主观解读。”

  欣赏名画不仅需要自下而上的信息处理,而且还需要自上而下的解读。在后一过程中需要调用进化、发育和后天学习所得的知识。如果一个人从来也没有看到过和图1左图中类似的人物,那么他看到的将依然只是一盆倒放的蔬菜!这正如他引用的著名英国神经科学家泽基的名言

  正因为欣赏名画之美要调用人一生储存的知识,特别可能会涉及到文化和社会因素,因此能够相对说来比较单纯地从神经科学知识的角度就解读名画的秘密的情况是很少的。不过也并非没有,林教授的书中就有下面这样令人信服的例子

  一般人往往容易把颜色误解为一种客观的物理性质。林凤生教授在谈到色觉时首先指出了这一误解。他说道:“杜甫有诗曰:‘两个黄鹂鸣翠柳,一行白鹭上青天。’诗中的‘黄’并不是鸟的物理特性,‘翠’(绿)也不是树的物理特性,这些仅仅是人的主观体验,神经科学里称之为‘色觉’,是眼睛接收了物体表面反射的不同波长的光线所引起的。”

  这指出了我们欣赏名画色彩的前提。他在书中阐释:视网膜中有三种不同的视锥光感受器,它们的光敏曲线各不相同,所以同一种光(既可以是单色光,也可以是好些单色光的混合体)落在上面所引起的反应也各不相同,正是这些反应强度的比例决定了主观感受到的颜色

  不同的比例决定了不同的颜色,而如果比例相同,那么不管引起这种比例的光线究竟是单色光还是许多各不相同的混合光都引起同样的色觉

  一般人在色觉问题上的另一个误解是把色光的混合和颜料的混合混为一谈。林凤生教授在书中强调指出:“物理学认为不同的颜色有两类物理混合:一是投射光的直接混合,也就是常说的‘加法混光’。用红色的光源与蓝色的光源照射同一个屏幕,那么在屏幕红、蓝两种颜色光斑的重叠处就会产生紫色,这种紫色是由两种颜色的光叠加而成,能保持其色彩强度,甚至显得更亮,所以称为‘加法混光’。二是反射光的间接混合,也就是‘减法混色’。当画家把红、蓝两种颜料涂抹在画板上混合时(颜料里含有红色和蓝色的微粒),观者接收到的是反射光,原来被红色微粒反射的红色光又被蓝色微粒吸收了一部分,同样蓝色光也被粉色微粒吸收了一部分,所以由此得到的混合紫色,颜色会失去一些强度,显得比较暗,这就是‘减法混色’。”如果笔者不读到书中这一段,还真不知道“加法混光”能增加亮度呢

  林凤生教授笔锋一转,提到凡· 高绘画时喜欢画面明亮,“想要达到哥特式大教堂窗户的彩色玻璃产生的效果。”当然他不可能把他的画也用彩色玻璃制作,他的办法是“不把两种颜色混合起来,而是直接把鲜明的原色涂在彼此相邻的位置上”,也就使得从这些位置上反射出来的相邻的不同色光投射到远处的同一些视锥细胞上,起到加法混光的作用(图3)

  无独有偶,以修拉为代表的点彩画派更是把这种方法发挥到了极致。林凤生教授在书中说道:“修拉想,如果把印象派绘画时用的粗犷的笔触缩小,缩小成一个个小圆点,那么观者看到彩色的圆点后,就会在头脑里将它们混合起来,这样观者得到的混合色觉应该属于‘加法混光’,亮度不会损失。”这样,修拉作画时并不是混合颜料(减法混色),而是把不同颜色的颜料画成一个个小点,如果观者离开画面有一定的距离,那么由这些色点上反射出来的不同色光到达视网膜时就会混在一起,成了“加法混光”,也就特别明亮了。改变不同色斑数量的比例,就使观者看到不同的颜色,更使画面上的颜色丰富多彩。(图4)

  如果读者在看这些画作时后退到一定距离,这时你不再能区分这些不同的色斑,你看到的将是色彩丰富、分布柔和、明艳动人的场面,和你近看时的感觉大不相同。而当你感悟到这一点时,又会为了像解决了填字谜那样的难题而感到额外的欣喜

  虽然像点彩画派这样可以几乎完全靠神经科学知识来解释其美学奥秘的派系不是很多,但是由于自上而下的干涉而造成的视错觉却是一些画家很喜欢的一个主题

  视觉神经科学家之所以非常喜欢视错觉这个主题,不仅是由于这种现象往往出人意外,容易引起观众的惊喜,而且还因为它常常能够提供给科学家线索,使其研究大脑感知外界信号的机制。诺奖得主克里克说过:“看是一个主动的构建过程。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一般的情况下非常成功地完成此类任务。但情况并非总是如此

  心理学家之所以热衷于研究视错觉,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。”

  科学家喜欢视错觉,让人惊奇的是,画家也喜欢视错觉,林教授在书中就给出了许多这样的例子

  达利是我很喜欢的一个画家,在他笔下常常有许多表现出视错觉的所谓“交变图”(一译“歧义图”,林教授称之为“双歧图”)。对此,林教授作了下列解释:

  脑科学研究告诉我们,同一张图可以引起我们两种完全不同的知觉,这说明我们所看到的,除了图形本身以外,还包括大脑对它的解释。而且如果这种解释不唯一的话,那么我们‘看到’的图形就要在这些不同的解释之间来回转换,这种现象称为‘双歧图’。”

  对于这种交变图,林教授从历史上最早运用到这一现象的“内克尔立方体”谈到庞贝阿波罗神庙遗址中的马赛克地面,旁征博引,最后讲到西班牙绘画大师达利的画作。他以达利的名作《面部幻影和水果盘》(图5)为例,说道:“当我们仔细观察这幅画的时候,会发现右上角的梦幻风景——那海湾和波浪、那座山和隧道。但是我们也可以把这部分看成是一只狗的头,狗的项圈又是跨海高架桥。”画中还有几处这种现象,你能找到吗

  在书的后半部分,《画家里的科学迷》一章中,林教授又引用了达利的另一幅名画《奴隶市场和消失的伏尔泰半身像》(图6),并说这是他最喜欢的画之一。林教授指出:“通过题目我们知道画的是一个奴隶交易市场,画的中央有两个穆斯林装束的人正在与两个穿着黑白衣服的人在说些什么。当我们离画远一点观看,画上断垣残壁的穹顶下沿就变成了哲学家伏尔泰的头部轮廓,几个人物的细节就会逐渐模糊,融合起来变成了伏尔泰的脸部和颈部。两个穿黑白衣服的人的脸变成了伏尔泰的双眸。”尽管缺了耳朵,你却浑然不觉

  我们的大脑感知的是一个粗略、大致接近真实的世界(称为超级视觉信息)。由于无法处理外部每一件事物的信息,因此大脑只能对感知到的信息作简化处理,只收录最关键的现场信息,如边缘、拐角和轮廓线。对于图像模糊的地方,大脑会把原来存储的记忆和大脑预期的信息填充进去,从而形成‘完整’的图像。就像图中伏尔泰的耳朵、颈部的细节全部都缺失了,需要观众用不同的方式去补充,这样的图像很容易显得模棱两可”

  达利对交变图情有独钟,在他的名作中还有许多交变图,甚至是交变的建筑和陈设(图7)

  交变图只是视错觉中的一种。林教授在书中还介绍了名画中其他几种利用视错觉的有趣情形。图8是比利时超现实主义画家马格利特的《空白签名》,图中一位女骑手骑着骏马在林子里穿梭。用两维平面表现三维立体存在约束,画家很 好地利用了这一点。所以不同局部需要不同的解释,有些解释在局部可行,而当放到一起时又可能会产生矛盾,就如林教授所说:“究竟是马穿过树林,还是树林穿过了马?无法确定”,从而对观者产生了很强的视觉冲击

  要想认识个中奥秘,这里有两个关键点。首先,骑手左边的小树和大树、骑手的相对位置不确定。从小树的树根和树梢被它背后的大树遮挡住以及其他透视线索来看,小树应该在大树之后,但是从它遮挡住骑手来看,它应该在骑手之前,而由于骑手遮挡大树,骑手又应该在大树之前。这样问题就来了,小树究竟在大树之前还是之后?如果真想自圆其说,那么就只能承认小树是弯的,树根和树梢都在大树之后,只有树身向前弯到了大树前方。如果读者同意我的这一说法,你可能真还会感到小树弯了呢。不过因为这种可能性成立的机会实在太小,所以一般你不会有这样的感觉

  第二点,骑手前侧有一竖条完全被和背景森林混成一体的纹理所遮挡。由于这一竖条的纹理和背景完全一致,从心理学上的格式塔规律推断,这一条只能是远方背景。毕竟如果硬要说有这样一条彩纹竖在马前,未免过于牵强。不过也由于同样的原因,或者就如林教授所说的“卡尼萨三角形错觉”,观者依然会把马头和骑手骑在上面的马身视作一体,而决不会认为此马已被砍成三段。笔者在这里根据林教授的介绍做了这点小小的发挥,还真越想越有趣呢

  无独有偶,利用了和上述类似的“局部可行,整体矛盾”的手段,埃舍尔创作了很多不可能的立体图。图9就是这样的一张,从图中楼顶的四方阶梯来说,从左到右一直都在上升,显然这在物理上是不可能的。虽然林教授在书中没有具体说明个中奥妙,不过我相信读者仔细想一下,必定会豁然开朗。在某种程度上,留有思考的余地比事事都一一交代清楚更有余味。读者,你想通了吗

  目前国外已经产生了神经美学这种把艺术和神经科学联系在一起的交叉学科,不过其中的例子绝大多数都是西方画,极少谈及中国画。在我的记忆中,仅有的涉及中国画的例子是美国神经科学家赖特利夫曾用侧抑制来解释中国古瓷器上“烘云托月”的艺术效果。所以,林教授专辟一章填补了这方面的缺陷

  在该章的第一节中,林教授就指出:“侧抑制现象是线条画的神经生理基础”。他还指出:“线条在中国画里大行其道。”按照侧抑制原理,明暗不同区域的边界两侧在人们主观感受上会出现亮处更亮而暗处更暗的线条(这被称为马赫带,图10)。所以我们的视觉系统本身就会在实际图景的边框处“添”上线条,而线条画则是更夸张了这一点

  为什么我们会喜欢这种夸张?最近读了美国著名神经科学家拉马钱德兰所总结的神经美学九条规律中的“峰偏移律”(peak shift law)有所感悟。这条规律认为动物喜爱夸张。他的实验根据是让小鼠学会区别正方形和某个特定矩形。当动物选择矩形时就给食物奖励。以后把正方形换成一个两边边长差更大的矩形时,发现动物选择的竟是那个夸张了的矩形!拉马钱德兰说动物学会的是“矩性”,而不是特定的矩形

  进一步的实验也证实了这一论断,例如科学家发现,人们看亲人照片时的皮肤电导要比看陌生人照片时的小得多,这是因为他们对亲人的温情会导致出汗而使皮肤电导减小。而如果让人们看亲人的漫画像,皮肤电导甚至变得更小。从这个角度来说线条画也是对马赫带的夸张!我们喜欢线条画也确实有了神经生物学的根据了

  说来有趣,基于峰偏移律的原理,拉马钱德兰为人们喜欢抽象画找到了动物实验证据。他发现银鸥喙上有个小红点,銀鸥的幼雏会啄母鸟喙上的红点求母鸟喂食。如果挥动一根末端漆有红点的棒,幼鸟也会啄这个红点。奇怪的是,如果改用一根末端漆有三道红条的棍,幼鸟的反应会更为激烈。拉马钱德兰风趣地表示,如果银鸥也有自己的美术馆的话,那么一张末端有三道红条的画的作者在银鸥看来,一定是鸟中毕加索了

  要想在这样一篇短文里讲清楚神经美学的方方面面显然是不可能的,也远超出了笔者的能力。有兴趣的读者还是自己去读一读《名画在左,科学在右》吧。顺便说一句,本文中的插图,除了爱因斯坦的倒像、达利博物馆展厅照片和马赫带照片,都取自该书。书中插图的精美和丰富程度一定会让读者流连忘返

  目前,完全从基础神经科学的角度来阐明美学问题还很难实现。首先,由于神经美学从诞生(2002年)到现在还不过十几年,体系并不成熟。其次,美学处于认知的最高层次,文化和社会因素对美感起着非常重要的作用;而基础神经科学研究的又是基础层次,其间的跨度非常大。更重要的是,也正是由于美学的高层次,许多这方面的见解见仁见智,很难作出定论。像点彩派画作这样完全可以用神经科学知识解释的情形还不多,所以这方面的许多研究还只是根据神经科学或认知科学的猜测,最后是否成立仍待进一步研究



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