科学家通过一个从静止中看到运动的幻觉发现了视觉速度的极限。
导语：幻觉的出现可能帮助我们打开了解大脑工作机制的一扇窗口，最新发现的尼斯湖效应不同于经典的瀑布效应，它又会为我们对大脑的理解带来哪些新思路呢?跟着我们一起来了解吧。
关键词：视觉，幻觉，瀑布效应，贝叶斯
图片来源：Eric Kilby Flickr (CC BY-SA 2.0)
来自“年度最佳幻像”大赛的作品从尼斯湖怪物的具象出发，但后来却演变成最有趣且最重要的幻觉效果之一。这种效果源自跳跃环：随机布置在环中的线段平滑地旋转着，并且周期性地重新组合成一种新型的随机排列线段。奇怪的是，尽管在重新组合期间没有真正的运动(或运动朝向)，但在观众看来，却造成了一种向后旋转跳跃的视觉效果，这很酷。
法国巴黎大学的Mark Wexler发现了最初的尼斯湖效应，在比赛中获得了三等奖。他将其命名为尼斯湖后效应的灵感源自古代希腊人发现的经典瀑布效应，罗伯特·阿达姆斯于1834年在Foyers瀑布(流向苏格兰尼斯湖的瀑布)发现：如果你盯着瀑布一段时间，靠近瀑布的静止的岩石似乎会向上漂移。但与瀑布效应不同，Wexler的幻觉运动后像比诱导运动快100倍!所以这不是原来的瀑布效应：这其中肯定有一些新的变化。
这种幻觉被称为后像是因为你感觉到的幻觉是一种只发生在真实的运动已经停止之后虚幻的运动情况。后像发生的另一个例子是：你看到相机闪光后的斑点，这是一个亮度的后像。因为这是一个新现象，Wexler在比赛的时候并不太了解该效应。但在此后的几年里，他和同事有机会进一步研究：他们将研究结果发表在“国家科学院学报”的一篇论文中。
研究结果之一是环形幻觉旋转的视觉速度随线段之间距离的变化而变化。甜甜圈上糖屑间距越大，导致幻觉旋转速度越快。其结论是，科学家称为低空间频率的视觉，即大范围的图像变化与更高的幻觉速度有关。这就是为什么浇有混合配料的甜甜圈似乎其中间(低空间频率)比在其外边缘(高空间频率)旋转更快。当你测量它时，确实更快。幻觉运动比你的视觉系统可以看到的最快的运动更快。因此，本文的作者将尼斯湖效应重新命名为“高phi”效应，这是科学上的文字游戏，因为“phi效应”是从两个或多个连续闪烁但是静止的光感受到运动的能力。高phi效应展示了你脆弱的小脑袋受实际速度限制。想想这个，今晚睡觉的时候尽量不要哭哦。
这项研究最有趣的方面之一是其对大脑功能的影响。在今年的巴塞罗那ECVP，我与Andrew Glennerster(他是瑞丁大学的教授也是该研究的作者之一)讨论了这些影响。在他看来，幻觉证明大脑的功能是执行一种称为“贝叶斯分析”的计算(下文会进一步描述)。这涉及大脑如何感知世界上发生了什么。这个问题可能看起来很微不足道：我们看到了实际发生的事情，不用多说。但问题实际上是非常艰深的，你可以通过假想感觉一下。假设如果你是一个不完美的数据收集器。你内在的自我，由你的大脑创造的人，从你的大脑中观看你生活的一幕幕，并经历所有的快乐和痛苦， 通过你的感觉来了解关于世界的信息，你所知是受限于他们的分辨率极限，信号强度，以及你自己的认知能力(即你如何集中注意力在某件事上)。所以，总而言之，你的感觉弱爆了。你知道他们肯定不提供准确的数据，不然就不会有幻觉的存在了!你的大脑填充了很多关于世界的信息，使之看起来真实，连贯，天衣无缝。但大脑是如何填充信息的呢?大脑是从你的感官证据推断，还是从你的内部世界的模型推断?
如何确定关于这个世界的信息是你大脑的真正问题。哲学家，科学家和统计学家对此思考了很多，目前的想法归根到底是收集来自贝叶斯(从内部世界模型推断)和经典方法(从外部证据推断)的证据。对贝叶斯与经典方法的深入讨论最好留给目前正在讨论这些范式的统计学家们。但是允许我在这里简单地总结一下：如果大脑是一个贝叶斯装置，那么它有一个关于它周围发生了什么的理论，并收集证据支持这个理论。这意味着从你的感官、记忆或其他认知输入的如因果效应推理的世界数据，基本上被用于确认你的理论是否正确。而经典观点认为，大脑从根本上没有预先设定的理论：它只是收集关于正在发生的事情的数据，并基于数据，形成了一个关于世界的认知。无论哪种方式，你对世界的意识只是一个理论(考虑到你的大脑是一个微小的盐水袋集合，它怎么可能是别的任何东西呢?)但如果你的大脑是一个贝叶斯设备，你已经对世界有一个预先认知，而如果你的大脑是一个经典的装置，你则正在寻找一个未被探索的领域。这是一个巨大的哲学鸿沟，这是非常重要的，因为它可能事关大脑的主要功能，如何收集关于世界的信息。
传统科学家们恰如其名地采取了经典观点。统计学家称这是频率主义的方法。你基本上通过计算你周围环境中的事件，基于你生活中的数据预测接下来会发生什么，以决定接下来做什么。物理现实与感知的不匹配就是幻象，当数据收集发生错误，或者大脑在为解决某些特定问题而采取捷径时，就引发了幻象。但是贝叶斯的支持者Glennerster认为高phi恰恰是证据表明，大脑对于在特定时间会发生什么事情并没有一个特定模型，高phi错觉的发生，证明模型是错误的。
你可能反对大脑既可以做经典分析也可以做贝叶斯分析(在这个讨论中如果我们可以设想两者，我们必须能够做到两者)。这是真的，但Glennerster某些想法是正确的，他认为一些基本的，如我们怎样在随机模式中看到运动，可能并非贝叶斯和经典方法的混合。这是一个大脑中基本的低级计算，大脑解决它当然不涉及高级认知：如果我们可以显示解决这个幻觉的脑环路使用了贝叶斯或经典方法，如果大脑确实支持一个范式超过另一个，将为此提供我所知道的首个证据。
这是巨大的议题。重要性类似于达尔文的自然选择是否是正确的，或者Lamarck是否正确，Lamarck认为根据父母在其生命中的特定需要，后代继承了这些特征。事实上，达尔文/拉马克和经典/贝叶斯这些二分法可能从根本上是一样的。我认为，自然选择通过根本上随机的过程产生的有机体，似乎是为一个目的而设计的(像你和我)。而经典理论是：事情发生了，我们就处理它。 拉马克主义者的继承观点，是根据世界如何运转的先验知识(父母的经验)形成的一个基于世界模型的有机体。因此拉马克后代设计的目的是处理其祖先的问题。贝叶斯方法是类似的：我们知道事情最终会发生，所以当它来的时候我们观察它。
这些方法是同一枚硬币的正反两面。它们在使用中可以具有相同的价值，但是它们不能同时面向上。如果大脑基本上基于一种方法，那么它就不可能基于另一种方法。这就是：大脑是一个贝叶斯还是经典装置是理解我们是谁和我们是什么的根本。当然值得注意的是，尽管是达尔文自然选择的结果，我们的大脑是贝叶斯(我从基本上看是拉马克主义)。
高phi幻觉可能只是我们在未来研究中需要的东西。
本文作者：Stephen L. Macknik是纽约州布鲁克林州纽约州立下州医学中心的眼科学，神经学，生理学和药理学教授。与Susana Martinez-Conde和Sandra Blakeslee一起，他是心灵诡计的作者，Prisma奖得主。 他们即将出版的书“幻影冠军”将由Scientific American / Farrar，Straus和Giroux出版。
(翻译：齐韫艺 审校：马晓彤)
原文链接【科学美国人博客】：
https://blogs.scientificamerican.com/illusion-chasers/faster-than-the-speed-of-vision1/
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