这个箱子更重;我能听出来!盲人和聋人视觉和听觉的错觉

上次有人让你看光学错觉时,他们可能将其描述为在你眼睛上玩的一个酷炫的把戏。但这些感知上的怪异之处——以及大多数其他错觉——更多的是在欺骗你的大脑,而不是其他任何东西。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


错觉不仅仅是为了好玩——它们还提供了深入了解我们大脑内部运作的窗口(来源:kids.frontiersin.org)

上次有人让你看光学错觉时,他们可能将其描述为在你眼睛上玩的一个酷炫的把戏。但这些感知上的怪异之处——以及大多数其他错觉——更多的是在欺骗你的大脑,而不是其他任何东西。

科学家们已经意识到,与其将错觉视为你容易上当受骗的东西,不如将这些误解视为深入了解大脑通常似乎如此轻松完成的工作的有力途径。事实上,一些与视觉和听觉相关的著名错觉在我们的大脑中有着如此坚实的基础,以至于它们仍然会影响那些自出生以来就失明或失聪的人。


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最明显的问题是,为什么我们首先容易受到错觉的影响。如果我们的大脑和感官已经专门发展到帮助我们解释和驾驭周围的世界,为什么还会存在这种出错的余地?答案至少部分在于效率。

首先,我们需要区分感觉——从我们的感官发送到我们大脑的信息——和知觉——大脑赋予这种输入的意义。

如果我们仅使用从我们的感官发送到我们大脑的信息与周围的世界互动,我们就会是非常低效的生物。我们将无法了解到一件紫色的毛衣是因为阴影投射在上面而并非在改变颜色,或者站在栅栏后面的猫是一整只猫,而不是六个被栅栏柱完美阻挡的、独立的猫状碎片。每一条输入都必须单独解释。

当您看这张照片时,您是否看到一只猫在栅栏后面?您的大脑是如何知道的?(来源:Herrmann C 和 Murray M (2013))

相反,我们的大脑在所谓的自上而下的过程中应用了大量的信息和过滤。这就是告诉你,一只完整的、连贯的猫比独立的猫碎片更可能(尽管后者在技术上是可能的,但经验告诉我们,我们的大脑也认为这是极不可能的)。

这种自上而下的信息涵盖了从衬衫的颜色随时间推移保持不变到知道物体边缘在哪里的一切。它使我们更有效地处理周围的世界,并且非常重要,以至于我们大脑的大部分由专门的区域组成,专门用于从我们的每个感官获取信息,并将其转化为我们理解的世界。专门的自上而下输入也是让我们容易受到错觉影响的原因。

那么,当你的一个感官丧失时,例如对于失聪或失明的人来说,这些高度专业化的大脑区域会发生什么?事实证明,大脑可以重新布线自身,将这些区域用于其他用途,从而更好地保持其效率。大脑中的这种适应过程——称为神经可塑性——使我们的大脑能够随着我们的需求而改变,从新生儿到婴儿到儿童到青少年,最终到成年人。

研究人员喜欢提醒我们,我们是认知吝啬鬼。我们希望尽可能有效和高效地利用大脑有限的处理能力——即使这意味着使用大脑的一部分,这部分大脑经过数千年的发展,原本用于视觉处理,现在开始处理声音。

这种重新布线的一个有趣的怪癖,以及科学家们的一个重要见解是,通常与一种感官相关的错觉最终可能会蔓延到另一种感官中,对于那些大脑已经将这些专门区域重新用于新型信息的人来说。

物体的大小,而不仅仅是它的重量,会影响它给人的感觉有多重(图片来源:阿曼达·贝克)

一组研究人员正在研究著名的尺寸-重量错觉,这种错觉自 1890 年代以来就以某种形式被人们认识到。基本前提是,当一个人被呈现两个大小不同但重量相同的物体时,较大的物体会感觉更轻。这种错觉非常强大,即使向某人展示两个箱子的相对大小,挡住他们看箱子的视线,然后让他们用滑轮和绳子提起箱子,仍然会导致较大的箱子看起来更轻。

科学家们已经发现,能够触摸箱子的盲人受试者也经历了同样的错觉,但尚不清楚视觉中心是否在其中发挥了作用,或者这种错觉是直接触摸箱子的结果。

为了研究这一点,研究人员需要一组非常特殊的人:人类回声定位者。这些人,其中许多人自出生就失明,已经学会了利用来自咔哒声、拍手声和嗡嗡声的声音反馈来导航周围环境并估计物体的大小。当确定人类如何发展出这种类似蝙蝠的能力时,研究人员发现,回声定位过程激活了这些盲人个体大脑中主要的视觉中心区域。

为了这项研究,研究人员要求三组人执行相同的任务——使用滑轮系统提起不同大小的箱子并确定它们的相对重量。

第一组由视力正常的人组成,他们像预期的那样成为了尺寸-重量错觉的受害者。第二组是盲人,他们无法使用基于回声的判断来估计大小,他们正确地将物体识别为相同的重量。第三组是盲人,他们可以首先使用基于回声的判断来确定箱子的大小,他们经历了错觉,并将较大的物体评为更轻,即使它们的重量相同。

多少道闪光?答案不仅仅与你的眼睛所见有关。(图片来源:阿曼达·贝克)

同样,另一组研究人员发现,一种典型的基于听觉的错觉影响了失聪个体,他们的大脑现在使用其听觉中心的一部分来处理体感(触觉)信息。这种错觉被称为双闪错觉,通常发生在声音嘟嘟声与一道闪光配对时。当视力和听力正常的人在听到两次嘟嘟声的同时看到一道闪光时,他们通常会感知到两道不同的闪光。

这项研究中的小组包括听力正常的人和失聪个体,但他们没有将闪光与嘟嘟声配对,而是将其与两种体感输入配对——向个体脸颊吹气。

听力正常的人没有经历双闪错觉。但是失聪个体——他们可能已经将他们大脑的这部分听觉部分重新用于体感信息——经历了!在两次吹气和一道闪光的情况下,他们经历了通常会用声音体验到的双闪错觉。

因此,下次您开始通过玩错觉来娱乐自己时,请记住,被欺骗的不是您的眼睛或耳朵。并且不要因为您可能被愚弄而感到失望,而要记住,这些错觉与您大脑有效地解释世界的使命紧密相连,以至于您甚至可能不需要能够首先看到它们就会受到影响。

来源

Herrmann C 和 Murray M (2013) Seeing Things That are Not There: Illusions Reveal How Our Brain Constructs What We See. Front Young Minds. 1:6. doi: 10.3389/frym.2013.00006

Bhanoo SN (2015年1月5日) Illusions Fool Even the Blind.The New York Times. Retrieved from: http://www.nytimes.com/2015/01/06/science/one-doesnt-have-to-see-to-be-fooled-by-illusion.html

O’Connor A (2012年8月6日) Really? The Brain Gets Rewired if One of the Senses Is Lost.The New York Times. Retrieved from: http://well.blogs.nytimes.com/2012/08/06/really-the-brain-gets-rewired-if-one-of-the-senses-is-lost

Karns CM, Dow MW, Neville HJ (2012) Altered cross-modal processing in the primary auditory cortex of congenitally deaf adults: a visual-somatosensory fMRI study with a double-flash illusion.Journal of Neuroscience 32:28 doi: 10.1523/JNEUROSCI.6488-11.2012.

Buckingham G, Milne JL, Byrne CM, Goodale MA (2014年12月19日) The Size-Weight Illusion Induced Through Human Echolocation.Psychological Science OnlineFirst doi: 10.1177/0956797614561267

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Herrmann C 和 Murray M (2013) Seeing Things That are Not There: Illusions Reveal How Our Brain Constructs What We See. Front Young Minds. 1:6. doi: 10.3389/frym.2013.00006

Amanda Baker is a science communicator and outreach advocate. She has a geoscience PhD from Cornell University and has managed open-access, academic journals as well as the outreach journal Frontiers for Young Minds. She is currently writing and editing science content for kids, from curriculum materials to magazines like Smore. She has served as a Science Olympiad national event supervisor and taught a first-year writing seminar on sustainable earth systems while at Cornell.

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