解密視錯覺 | 追逐丁香視錯覺：小圖片、大科學

文 / @東華君

前言： 解密視錯覺的第五篇，我們來聊聊追逐丁香視錯覺及其背後的神經機制。

追逐丁香視錯覺(Lilac Chaser Illusion)，又名吃豆子視錯覺(Pac-Man Illusion) 是由JeremynHinton於2005年創作的一幅經典視錯覺圖像。它由12幀靜止畫面組成，每兩幀之間的時間間隔約為0.1秒，每一幀畫面中心黑色十字的周圍都環繞著11個品紅色原點。周圍原點總數應該為12個，但是每一幀都缺失1個原點，並且缺失的這1個原點的位置在每一幀中的位置是按順時針排列的。

下面請凝視圖中央的黑色十字。

圖1. 追逐丁香視錯覺

只要我們一直盯著中間的十字，在接下來約20秒的時間內，將依次觀察到下列三個現象：

1. 一個與背景顏色相同顏色的空缺圓點在丁香圓環上順時針依次出現；
2. 這個空缺的圓點變成了一個綠色的圓點在丁香環上順時針旋轉；
3. 品紅色圓點慢慢消失，不久之後整個圖像中只剩下中央的黑色十字、灰色的背景和一個獨自旋轉的綠色圓點。

這三個階段的視錯覺涉及了視知覺中的三類現象，分別為：視覺暫留、視覺後遺像和特克斯勒消逝效應。

1、視覺暫留現象

最初的幾秒鐘，我們可以看到一個與背景顏色一致的圓點在丁香圓環上順時針轉，就好像是所有的粉紅色的球形依次發生出現、消失的循環。

這是由於視覺暫留(Persistence of vision)現象所導致的。簡單的說，人眼觀看物體時，成像於視網膜上，並由視神經輸入人腦，感覺到物體的像。但當物體移去時，視神經對物體的印象不會立即消失，而要延續0.1-0.4秒的時間。為什麼會這樣呢？原來，視覺實際上是靠感光細胞感光，並且將光信號轉換為神經電信號，傳回大腦引起人體視覺。感光細胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定時間的，這就形成了視覺暫停的機理。

圖2. 視覺暫留現象成就動畫/影視作品

當靜止的畫面出現的頻率達到一定的時候，我們的視覺系統會將這些畫面連接成一段動畫（圖2），這就是古代的走馬燈和當代的電影製作的原理之一。

2、視覺後遺像

之後，我們會發現那個空缺的圓點會變成了一個綠色的圓點在丁香環上順時針旋轉。

這個綠球是由於視覺遺像錯覺（afterimage optical illusions）所造成的。簡單的說，當我們長時間盯著一個視覺刺激（ 比如圖3A）之後，再將視線轉向白色/灰色背景（圖3B）時，由於部分視覺神經因長時間接收同樣的刺激而變得「疲勞」，我們就會看到一個與原圖「互補」的圖像。這裡的「互補」可以指顏色，比如紅-綠、藍-黃，也可以是明-暗。（詳見前文：人人都能製作視覺遺像圖）

圖3. 視覺遺像錯覺：顏色後現象

為了更加深刻的體會這一點，我們先來看一個視頻：

在這個實驗中，一個灰色的圓盤被分成了兩半，兩個半圓中的分別被填充了互補的兩種顏色，這兩種顏色的亮度按正弦函數變化。也就是說，如圖4-上所示，在16秒的一個循環里，一個半圓經歷了灰色>紫羅蘭紫>灰色的變化，另一個半圓內的顏色經歷了灰色>酸橙綠>灰色的變化。

圖4. 視頻中視覺刺激與人的主觀感知的解析。上圖為視頻中的視覺刺激，中圖為人類的主觀感知結果，下圖為中圖內的藍色框內的部分放大（上面的標尺是為了方便被試報告自己的主觀感知）。

研究發現，我們對這些顏色的感知是跟隨屏幕上的視覺刺激，但是變化的速度會更快一些。如圖4-中所示，在11.6秒的時候，雖然屏幕上的任然還有淡淡的視覺刺激，但是，我們所感知到的卻已經是灰色的圖像了（紅色的框）。並且，隨後我們能在每個半圓內逐步更加清晰的看到與屏幕上對應的半圓內顏色互補的顏色（綠色的框）。

3、特克斯勒消逝效應

最後，所有的粉紅色的球形都消失了，留下的只是一個不斷移動的綠色的球形。

這個綠球是由於特克斯勒消逝效應（ Troxler』s effect）所造成的。特克斯勒消逝效應是瑞士物理學家特克斯勒1804年發現的，即當一個人的目光聚焦在某個固定點上20秒或者更長時間之後，在該固定點周圍，也就是在觀察者余光中的其他視覺刺激源將會在觀察者的視野中慢慢淡化直至最後消失。外圍視覺刺激源外觀上越小、對比度越低、邊緣越模糊，或是離中心固定點越遠，就越能增強特克斯勒消逝的視覺效果。

圖5. 柴郡貓錯覺（《愛麗絲漫遊奇境記》中的那隻會隱身的喵）。盯住X看10-20秒，小喵就會消失哦，包括牙齒！（詳見前文：特克斯勒消逝效應）

PS. 建議在電腦上看，手機屏幕太小，手機之外的其他視覺刺激會引發眼睛的運動，進而導致看不到這個現象。

特克斯勒消逝效應是一種生活中較常見的現象，是神經適應性（adaptation）的表現。神經適應性是指人的感覺系統對外界的持續刺激不是恆定不變的，而是有一種適應刺激的過程。因為神經系統每天工作繁忙，不僅要實時監控生理指標，指揮人體內外部運動，還要從各種感覺那裡收集海量信息加以分析，如果完全不加篩選可能就累垮了。這種適應性使得神經系統可以忽略某些不重要的信息，比如這種持續不變的刺激，進而使人可以更好的應對環境中不斷變化的信息。

這種效應同樣也適用於視覺以外的其他類型的感覺，比如觸覺。我們能很容易的驗證這一點：將一個小紙片放到前臂內側。一開始我們能感覺到它的存在，但是數秒鐘之後，這種感覺就會消失。這時候，只要我們輕輕的移動紙片就可以再次感覺到它了。

小尾巴：

最後，想必大家看完全文之後會感嘆，原來這張簡答的視錯覺圖片後面竟然還有這麼多的科學道理啊。是的，當年讀本科的時候，我就在像，這些有趣的視錯覺圖像是不是能夠幫助我們研究人類的視覺系統的機制呢？

事實也的確如此，不少的做視知覺研究的神經科學學家有開始使用視錯覺圖片來探究視覺的神經機制。我最近一段時間將會連續創作一些科普文章來介紹視錯覺的神經機制以及我自己的一些看法，希望大家關注我的在知乎專欄「腦人言」持續更新的《解密是錯覺》專題。

《解密視錯覺》專題的其他文章：

• 人人都能看懂3D立體圖
• 馬赫帶和亮度對比錯覺
• 人人都能製作視覺遺像圖
• 特克斯勒消逝效應

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