大脑如何被愚弄而感知到运动

这些错觉探索了魔术师、摄影师和表演艺术家如何引导我们看到实际上不存在的运动

2014年8月,七海奈波(Nanami “Seven Seas” Nagura)走上芬兰奥卢的舞台,进行了一场看似武术的表演。她甩掉兜帽长袍,露出和服,伸出手臂准备拔出剑。然后她用尖尖的手指扫过人群,尖叫道:“我会杀了你们!”

随之而来的是爆炸性的光和声音。喷火战机乐队的劲爆歌曲《Bridge Burning》开始响起,而奈波的刀刃变成了一把劲爆的吉他。奈波的左手在指板上按弦,右手像皮特·汤森那样挥舞。她仿佛亨德里克斯附体,被乐器拉着横跨舞台,黑色的头发来回甩动。她向后弯腰,面向观众,然后用头后弹奏吉他。这场表演令人精疲力尽,但物有所值:奈波赢得了令人垂涎的2014年空气吉他世界锦标赛冠军。这位19岁的年轻人实现了空气吉他的不朽传奇。

但是,既然剑和吉他都不存在,我们是如何感知到奈波挥舞着剑,然后又挥舞着吉他的呢?如果她选择更传统的方式,例如坐在椅子上,一只脚踩在台阶上,双手摆出西班牙古典吉他手安德烈斯·塞戈维亚的姿势,这种错觉可能会更强烈。然而,她非传统的表演提供了多重线索,使观众能够想象奈波手中有一把坚实的、移动的吉他。简而言之:奈波像摇滚明星一样表演,具备所有要素——舞台、灯光、音乐——除了吉他本身。


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大脑可以仅从几个线索中获取关于物体的许多信息。内隐运动,即在没有运动的情况下感知到运动,是这种能力最著名的例子之一。例如,一个球的简笔画,在球的边缘右侧画上三条水平线,看起来就像是在空中飞行的球。请继续阅读,了解大脑如何仅从几个简单的线索中识别运动的其他例子。

魔术运动
一些魔术技巧利用了我们大脑基于少量内隐线索感知运动的倾向。心理学家兼魔术师古斯塔夫·库恩当时在英国杜伦大学,他研究了一种名为“消失的球”的魔术,在这个魔术中,抛向空中的球在半空中消失了。为了达到这种效果,魔术师首先将球笔直向上抛,然后在球落回手中时接住几次。在最后一次投掷时,魔术师只是假装抛球,但实际上将球藏在手中。许多人看到不存在的球上升,然后——阿拉卡赞!——在半空中消失。

库恩和他在英国苏塞克斯大学的同事迈克尔·F·兰德发现,这种错觉在一定程度上起作用,是因为魔术师的头部和眼睛在假装投掷时跟随了假想的球。然而,观众并没有将目光直接沿着球的路径移动。研究人员得出结论,观察者可能会用他们的周边注意力而不是他们的直接注视来跟随内隐的轨迹。

2011年,我们和我们的同事杰·崔和豪尔赫·奥特罗-米兰,当时都在凤凰城的巴罗神经学研究所,与拉斯维加斯哈拉酒店的喜剧魔术冠军兼头牌演员麦克·金合作,研究了一个硬币消失的魔术。金的手法是魔术界的传奇。在上下抛了几次硬币后,金假装将硬币从右向左抛出,同时将其藏在右手以阻止它飞出去[见顶部的插图]。与此同时,他合上左手,仿佛要“接住”假想的飞行硬币。几口气之后,他张开左手——砰!——观众刚才还感觉到在空中飞行的硬币不见了。

内隐运动线索压倒我们视觉系统的一个原因是,金模拟的投掷和接住动作的运动学非常接近真实情况。他的时机非常完美:我们在实验室向实验对象展示的视频显示,金在假装投掷后235毫秒抓住硬币,在真实投掷后269毫秒抓住硬币(34毫秒的差异对我们的视觉系统来说可以忽略不计)。

此外,无论在投掷过程中,金的脸对观察者是可见还是不可见,这种错觉都同样强烈,这意味着社交线索,例如魔术师的目光方向,在这个魔术中不如库恩的消失的球魔术那么重要。金的手势暗示的内隐动作,是观众大脑提供硬币所需的全部。
图片来源:杰森·李

伪造的碰撞
空气吉他手和魔术师利用他们身体的移动来创造假想移动物体的幻觉。但是,任何超级英雄漫画书的读者都知道,完全静止的图像也可以传达强烈的动作。凯雅·斯特劳马尼斯是纽约州罗切斯特市开放信件出版社的摄影师兼编辑,她决定制作365张自己被各种物体击中头部的照片。她巧妙地通过拍摄一系列照片来呈现内隐的碰撞,包括她用物体抵住头部的照片,然后使用照片编辑来组合她的图像。她发布到Flickr上的完成照片显示,这位年轻女子有时震惊,有时镇定自若,正处于明显撞击的瞬间。

这些图像包含许多向我们的视觉系统发出运动信号的线索。例如,当红色的橡胶球撞击她的脸时,斯特劳马尼斯的左脸颊变形。内隐的冲击力使斯特劳马尼斯的灰金色刘海向上飞起,黑色镜框眼镜歪斜。这种效果不仅激活了我们用来感知运动的神经回路,还激活了我们的镜像神经元系统,这使我们能够想象另一个人的体验[参见David Dobbs撰写的“揭示反射”;《大众科学·思想》,2006年4月/5月]。尽管我们知道这位摄影师没有受到伤害,但看到这些图像时,很难抑制住发自内心的“哎哟”一声。
图片来源:凯雅·斯特劳马尼斯

速度与激情
神经科学已经开始揭示内隐运动在大脑中是如何处理的。特定区域的神经元群编码特定的感知。当一组神经元变得活跃时,我们就会有一种特定的体验,而当另一组神经元放电时,我们就会感受到其他的东西。这个系统使大脑能够为物体和事件赋予意义,即使这个概念只是由一些稀疏的线索暗示的。

2000年,神经科学家卡尔·西尼尔当时在伦敦国王学院,他的同事们展示了当我们观看实际移动的物体与移动物体的静态表示时,大脑中会发生什么。MT区,一个处理真实运动中物体方向的大脑区域,对显性和隐性运动表示都有反应。也就是说,该区域的神经元不仅对实际向左移动的球做出反应,而且对用相邻线条绘制以表示运动的静态球的表示,甚至对球正在移动的口头陈述也做出反应。

大脑根据先前对这种类型表示的经验,理清线条表示快速前进引起的视网膜拖尾。照片中的模糊,如上面爆炸的鸡蛋所示,会产生相同的效果。这种知识激活了大脑中的一系列神经元,包括那些对实际移动物体做出反应的神经元。
图片来源:艾伦·赛勒科比斯

延伸阅读

内隐运动感知或“表象动量”的功能神经解剖学。 C. Senior 等人,《当代生物学》,第10卷,第1期,第16-22页;2000年1月1日。

记忆视觉运动:皮质区MT中联想可塑性和运动回忆的神经关联。 安雅·施拉克和托马斯·D·奥尔布赖特,《神经元》,第53卷,第6期,第881-890页;2007年3月15日。

走向魔术科学。 古斯塔夫·库恩、艾利姆·A·阿姆拉尼和罗纳德·A·伦辛克,《认知科学趋势》,第12卷,第9期,第349-354页;2008年9月。

舞台魔术中的注意力和意识:将技巧转化为研究。 斯蒂芬·L·麦克尼克等人,《自然评论·神经科学》,第9卷,第871-879页;2008年11月。

社交误导未能增强魔术效果。 杰·崔等人,《人类神经科学前沿》,第5卷,文章编号103。在线发布于2011年9月29日。

斯蒂芬·L·麦克尼克是纽约州布鲁克林州立大学下城医学中心眼科、神经内科以及生理学和药理学教授。他与苏珊娜·马丁内斯-康德和桑德拉·布莱克斯利合著了普利斯玛奖获奖作品《思想的把戏》。他们即将出版的新书《幻觉冠军》将由大众科学/法勒、施特劳斯和吉鲁出版社出版。

更多作者:斯蒂芬·L·麦克尼克

苏珊娜·马丁内斯-康德是纽约州布鲁克林州立大学下城健康科学大学眼科、神经内科以及生理学和药理学教授。她是普利斯玛奖获奖作品《思想的把戏》(与斯蒂芬·麦克尼克和桑德拉·布莱克斯利合著)以及《幻觉冠军》(与斯蒂芬·麦克尼克合著)的作者。

更多作者:苏珊娜·马丁内斯-康德
SA Mind Vol 26 Issue 3本文最初以“然而它并没有移动”为标题发表于SA Mind 第26卷第3期(),第20页
doi:10.1038/scientificamericanmind0515-20
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