奇妙的視覺感知

人類的神經系統是個複雜而龐大的系統，而且是人類迄今為止所遇到的最複雜的系統。我們所有的感覺、情緒、聰明和智慧都來自於此。

在漫長的進化過程中，神經系統所承擔的任務，主要是幫助動物覓食，逃避天敵的捕殺，並幫助個體順利地繁衍後代。要完成這些任務，動物就必須要有感受周圍環境的能力。而視覺則是感知外部世界最重要的途徑，人類感覺信息的80%以上都是視覺信息。所以說，視覺系統是人體最重要的感覺系統。

當我們在戶外向遠處眺望的時候，從遠處的藍天碧水到近處的一草一木，都被我們收入眼底。我們的身體里發生了什麼樣的變化，使我們能夠感知到這一切呢？

風景反射出的光線首先進入我們的眼睛。在眼睛裡，光線被匯聚到視網膜上，形成清晰的像。視網膜將這些光線轉換為電信號，通過視神經傳向腦子的深部。這些電信號由一個叫做外膝體的神經核團中轉，傳遞到大腦的初級視皮層。接著，這些電信號在大腦皮層經過多級加工處理，產生了視覺知覺，最終被我們的意識所感知。於是，我們就「看」到了戶外的景象。

視覺第一站----眼睛的功能與結構

眼睛是我們看外部世界的第一站。我們的眼睛的主要作用是將帶著畫面信息的光信號轉換成大腦可以識別的電信號。為了能清晰地看到眼前的景物，眼睛必須要把進入眼睛的光聚焦到視網膜上。人的眼睛有一整套複雜而精巧的部件完成這個任務。光線首先穿過透明的角膜，經過瞳孔照射到晶狀體上。晶狀體透明而富有彈性，形狀與凸透鏡類似，光線經過晶狀體時，被晶狀體匯聚，投射在眼睛後部的視網膜上。睫狀肌可以調節晶狀體彎曲的程度，使光線精確地聚焦在視網膜上。光照射到視網膜後，視網膜上的視桿細胞和視椎細胞能將光的強弱轉換為電活動的強弱，這些電活動經過雙極細胞傳遞到神經節細胞。在這裡，強弱變化的電活動被翻譯成神經系統的通用語言——動作電位。動作電位是神經元的脈衝式放電。神經元在單位時間內，放電次數的多少，代表了這個神經元活動的強弱。這些承載了視覺信息的電脈衝信號經過視神經傳遞到位於腦子深部的外膝體，然後再由外膝體傳遞到大腦皮層。

大腦對視覺信息的進一步加工

在整個視覺過程中，眼睛只是負責對光線的捕捉和初步的信號轉換。我們能感知外面的世界，是因為我們的大腦對眼睛傳遞來的視覺信息進行了加工處理，使這些信息轉換成大腦高級認知皮層區可以識別的信號。

在大腦皮層上，視覺信息的加工過程非常複雜，不是一步就能完成的，而是像汽車製造工廠的流水線一樣，由多個腦區級聯加工，分步驟逐漸完成的。視覺信息被分多路，由多條不同的流水線同時工作，分別加工多類不同性質的信息，然後再將這些信息整合起來，才能完成視覺信息的處理，我們才能看到變幻多姿的世界。

我們的眼睛真正看到的只有我們認為自己看到的內容的10%！ 90%的內容都是靠大腦的信息加工得出的推論，這些推論基於：我們剛剛看到了什麼；在以前類似的場景中我們看到了什麼；另外，大腦會自動排除掉不合常理的信息。

在眼睛結構圖上可以看到，在視覺神經連接視網膜之處有一盲點，而且我們的視野具有高解析度的部分僅處於視網膜中心周圍大約一度的狹窄視角，這個範圍的角度和我們伸出手臂時大拇指的寬度一樣。如此送入我們頭腦的未加工的數據就像有個洞的模樣古怪的圖像。幸運的是，人腦處理那個數據，將兩隻眼睛的輸入結合在一起，假定鄰近位置的視覺性質類似，再填滿縫隙並應用插入技術。此外，大腦從視網膜讀到二維的數據排列並由它創生三維空間的印象。換言之，大腦建立心理圖像或模型。

在建立模型方面，大腦是如此稱職，如果人們配上一種上下顛倒其眼中之像的眼鏡，他們的大腦在一段時間後就會改變模型，使之再次看到在正確方向的東西。如果之後摘下眼鏡，在一段時間內，他們看世界是上下顛倒的，然後會再次適應。這表明，當一個人說「我看到一把椅子」時，他的意思僅僅是他利用椅子散射來的光建立一個椅子的心理圖像或模型。如果模型上下顛倒，在其坐到椅子上去之前，幸運的是，他的大腦改正了那個模型。

但在這種加工的過程中，難免會產生一些跟實際情況不符的信息，就會形成視覺錯覺。比如右圖的例子，1號格子和2號格子的亮度是一樣的嗎？如果把這張圖遮蓋起來，只留下1號格子和2號格子，這時候它們的亮度呢？

1號格子與2號格子的亮度實際上是完全相同的。在這張圖裡，我們感覺它們不一樣，是因為它們周圍格子的亮度不一樣。白格子會使周圍的格子看起來更黑，在1號格子周圍的白格子影響下，1號格子看起來比實際上更黑。而黑格子會使周圍的格子看起來亮一些，2號格子周圍都是更黑的格子，這些格子使2號格子看起來更亮一些。於是在周圍環境的襯托下，原本亮度完全相同的兩個格子，看起來竟然有了巨大的差異。所以，有時候眼見也不一定為實。

欺騙我們的大腦！——視覺錯覺在藝術中的應用

在對視覺系統有了比較深入的了解後，有時候人們會故意利用視覺錯覺，讓觀眾形成獨特的視覺體驗。

比如3D電影就是利用了立體視覺的機制。由於人的兩隻眼睛存在間距（平均值為6.5cm），因此對於同一景物，左右眼的相對位置是不同的，所以左右眼看到的是有差異的圖像。大腦通過計算左右眼看到圖像之間的差異，就可以判斷出物體的距離。如果在看電影時，人為地讓雙眼看到的圖像之間存在差異，大腦仍然會通過計算認為看到的物體在不同的平面上，這樣就形成了立體感。立體感的形成也不全靠雙眼視差，物體的大小、運動速度、投影、遮擋、透視效果等因素都可能作為立體視覺的線索。近年來很多街頭立體畫的創作和裸眼3D視頻的創作就是綜合運用了這些視覺線索，創造出了逼真的立體感受。 很多早期的繪畫作品中也利用了視覺錯覺。荷蘭藝術家埃舍爾是這方面的代表。說到埃舍爾，首先讓人聯想到的就是「矛盾的空間」。明明是向二樓上去的樓梯不知為什麼卻返回到了一樓，鳥兒在不斷的變化中不知什麼時候卻突然變成了魚兒，這些圖畫就是埃舍爾所描繪的幻想的異次元空間，它具有不可思議的魔力，征服著人們的心靈。他利用人的視覺錯誤，讓他的作品在三維空間里遊戲。他的《凸與凹》、《上和下》、《觀景樓》、《瀑布》等作品，以非常精巧考究的細節寫實手法，生動地表達出各種荒謬的結果，幾十年來，始終令人玩味無窮。

小實驗 尋找盲點

前文中提到過，在視網膜接近中心的區域，視神經從視網膜穿過，在那裡沒有感光細胞，即使有光落在上面，也不能產生知覺，因此這個區域被稱為盲點。因為兩隻眼睛盲點的位置不同，一隻眼睛盲點處的內容可以通過另一隻眼睛補充，所以日常生活中不易發現盲點的存在。下面的圖可以輔助尋找盲點的位置。首先遮上左眼，右眼盯住圖片中心的十字，前後移動圖像，直到看不到右邊黃色圓盤中的藍色圓點，這時藍色圓點對應的位置就是右眼的盲點；同樣，遮住右眼，左眼盯住圖片中心的十字，前後移動圖像，直到看不到左邊白色條紋中的紅色圓點，這時紅色圓點對應的位置就是左眼的盲點。

（來源：中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所 韓超 編）

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