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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

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世界颠倒了,大脑作何反应

2017-04-27 16:27:00

                  

                                                                                                                 文/张西磊  

 一名男子要步行穿过一道门去会见门外的朋友。但奇怪的是,他总是把膝盖抬得特别高,就好像每一步都要跨越一道坎儿一样。终于走到了朋友面前,他礼貌地与朋友握手致意,但他再次犯了错,因为他把手伸到了半空中,导致朋友不得不紧退几步以免被他打到鼻子。 

 这事真实地发生在20世纪50年代的奥地利,主人公是心理学家伊沃·科勒。他怪异的举止并非因为醉酒,而是由于戴了一副奇特的倒置眼镜。倒置的镜片使得科勒看到的整个世界都上下颠倒,他的行为也随之异于常人——为了抓住飘向空中的一只气球,他竟一跃做出潜水动作;为了接住从壶中倒出的水,他把杯口朝下翻个底朝天。

  缓慢适应颠倒过来的世界

 通过将正常的视觉刺激进行倒置,科勒试图理解视知觉究竟是怎么形成的。做出如此尝试的学者有很多,最近一位受关注的是年轻的哲学家简·德根纳。与科勒不同,德根纳通过一个直角棱镜对调了视觉刺激的左右位置。连续31天,他每天戴这副眼镜4小时(此前的实验已经证明,不需要每时每刻都戴着眼镜也能产生效果)。由于左侧的物体现在只能在右侧看到,而右侧的物体只能在左侧看到,他马上就遭遇到了视觉和其他感觉系统,尤其是触觉之间的强烈冲突——他开始变得像科勒一样笨拙。

 刚开始的时候,最令人抓狂的体验就是视觉不稳定——每次转头,德根纳都只看到飘忽不定的信息流,却不能追踪注视其中的任何物体,由此导致的眩晕在第一天里使他呕吐不止。但后来,视觉影像变得越来越稳定——第13天时,他终于可以自如地锁定物体的位置并盯着它看。但是,这要求他必须不住地转头才行,当头部不动时,他依旧需要努力思考,该向哪个方向转动头部才能将旁边的物体拉回到视野中心。其他功能也在逐渐恢复:德根纳第一天时还不能用刀切西红柿,但在第3天已经可以为自己准备一顿简餐;起初他走路歪歪扭扭,但在第15天时已经能从学校步行回家。

 同时到达两处知觉世界

 理解视知觉工作机制的传统观点可追溯至16世纪的法国哲学家笛卡儿。笛卡儿认为,大脑会首先构建一个外部世界的镜像模型,之后在大脑内,我们像看电影一样观察这个世界。据此观点,倒置眼镜会使内在的镜像模型也发生倒置,大脑根据这个倒置的镜像产生视知觉。但是,越来越多的人开始质疑这一解释,德根纳就是其中一个。他在实验进行到第30天时体验到的视觉现象使他彻底站到了笛卡儿镜像论的对立面。

 在那之前,德根纳发现使用倒置的视觉来引导行为需要付出巨大的努力,他甚至担心自己永远不可能真正地适应倒置视觉。但是,第30天时,他突然发现自己看到的各物体的位置恰好与它们的实际位置相同,他的担忧开始散去。他详细记录了此后发生的事:“一旦我头部不动,我便重新进入倒置的知觉状态,所有物体都再一次与实际位置偏离;但是,当我慢慢地转头四处张望之后,我竟又看到它们复原到本来的样子!”换句话说,德根纳可以同时到达两处知觉世界,而我们中的大多数人即便穷其一生也只能被局限在其中一个知觉世界中。

 通过使用倒置眼镜而同时拥有两种知觉状态的报道并非孤例。曾有研究者描述道,新生出的知觉状态在刚开始时显得虚幻,但随后逐渐变得强大明晰,直到完全取代旧有的状态。德根纳的体验与此略有不同,他的两种知觉体系并非渐次代替,而是相互竞争。他将之与人们在观看两可图形(既可以看成这样也可以看成那样的图形)时发生的双稳态现象进行了类比。他说:“你看到的还是同样的物体,也没有任何东西在移动,但你对视觉的最初印象却发生了变化。”

 究其原因,德根纳认为是自己与周围世界通过感觉和动作进行信息交互的模式发生了变化——“脑内根本就不存在视觉镜像,也根本没有任何东西被翻转,视知觉的真正机制与镜像论截然不同!”在他看来,适应倒置眼镜的过程实际上是学习将行为动作和当前感觉输入重新建立联系的过程,因此,视觉能否恢复到连贯且准确的水平,取决于一个人在多大程度上习得了某种由感觉触发的特定的行为反应。

 

                                 

 在交互中创造世界

 巴黎笛卡儿大学的凯文·奥雷根十分赞同这个观点。“看见实际上包含着与世界主动的交流互动。”奥雷根说。我们的大脑中根本就没有笛卡儿式的电影放映机,有的仅仅是我们的感觉和环境之间无穷无尽的交互。他说:“与其说我们拥有连贯统一的视觉,不如说我们早已经习惯了自己与外在世界进行视觉交互的方式。”例如,当你第一次照镜子刮胡须或化妆时,往往会因位置颠倒而遇到麻烦,但只需稍加练习就会熟练上手;当你再使用剃须刀或者睫毛膏时,你的所有动作都是自动的,根本不需再嘱咐自己逆着感觉行事。

 “知觉依赖于与环境的交互”这一思想,正是奥雷根“知觉的感觉运动模型”的核心观点,10年前当他首次提出该理论的时候,外界充满了争议。但现在,据此发展出来的多种理论正变得越来越流行,它们被总称为“生成论”。生成论认为,思维和情感都来源于机体和环境的动态交互过程,因此,是有机体“创造”了世界。

 这样的洞见有助于破解一个有史以来最大的难题——意识。生成论认为,个体的意识体验源于观察和探索世界的过程中,个体对自我与外在世界之间无数种交互方式的觉知。用德根纳的话来说,我们从眼睛的注视中获得的印象仅仅是个幻觉,是我们对场景主动的扫描和搜索为这些幻觉赋予了真实感。

                         

 两种理论带来不同的启示

 镜像论和生成论这两种不同的观点带来了不同的启示。基于镜像论模型的机器人会像读取图片一样被动地处理外界信息,而基于生成论模型的机器人则将在主动探索外界的过程中学会如何看见世界。更为关键的是,如果生成论模型是正确的,那意味着人类的意识是在出生之后通过学习一点点产生的。另外,许多物种通过奇特的方式(例如生长在头侧面的眼睛以及回声定位和磁场感应能力等)去探索世界,由于它们的感觉通道与我们人类是如此不同,它们与人类的意识也可能具有根本不同的性质。

 奥雷根的终极目标是搞清楚大脑怎样通过与环境的交互创造出现象学意义上的体验,例如,我们看到的物体的“红色”或“绿色”究竟是怎么回事。从本质上说,他认为感觉的生成过程依旧遵从基础的、可预测的物理定律,而对这个过程的真正理解将使人类自己更深入地理解什么是人,毕竟,所有那些使人类区别于其他物种的东西——想象、符号、隐喻和语言,都建立在感觉经验的基础上。

 意识难题的争论远未平息,倒置眼镜的使用也远未结束。德根纳计划招募一组志愿者重复他在自己身上做过的实验,要求他们描述自己的意识经验,并记录他们的行为改变。因此,如果你看到有人为了喝汤却把汤浇到自己脑门上,或为了站起来而猛然蹲坐在地上,请不要奇怪,他们或许正在为回答深邃的意识难题而努力。

(本文作者蒋毅为中国科学院心理研究所研究员、博士生导师,张西磊就读于中国科学院心理研究所)

 

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