約裡克的鬼魂和其他後像的神經科學

盯著影像可以暫時重置視網膜細胞並引起幽靈般的視覺

唉,可憐的約裡克!我認識他,霍拉旭;一個充滿無限笑料的傢伙,極富想象力;他曾揹著我上千次;而現在,他在我的後像中是多麼令人厭惡!

嗯……如果威廉·莎士比亞的哈姆雷特看到的不是出土的腐爛的丹麥頭骨,而是印有宮廷小丑約裡克頭骨的復古皮爾斯肥皂廣告,他可能會這麼說。長時間盯著廣告中的頭骨,即使你移開視線,它也會“燒”進你的視覺中。

約裡克的頭骨等後像幫助我們理解大腦各個區域的神經元如何適應視覺環境。在這種情況下,適應是指神經元習慣於並最終停止響應不變刺激的過程。一旦神經元適應,它們需要一段時間才能重置到之前的響應狀態:正是在這段時間內,我們看到了幻覺後像。我們每天都看到這樣的影像:在短暫地看太陽或明亮的燈泡後,或者在被相機閃光燈短暫致盲後,我們在視野中會感知到一個臨時的黑點。


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看或不看……
要體驗這種古老的幻覺(左圖),請盯著約裡克左眼窩中的 X 約 30 秒。然後將視線移開,看向平坦的表面,如一張紙、牆壁、天花板或天空,您將看到約裡克的後像,就像一個幽靈般的幻影。

視覺科學家認為,產生可憐的約裡克鬼魂的適應效應主要發生在視網膜的神經元中。我們怎麼知道的?閉上右眼,再次盯著 X。然後再次看向牆壁以檢視後像,但這次在閉上一隻眼睛和另一隻眼睛之間來回切換。只有左眼——在適應期間睜開的眼睛——會顯示約裡克的鬼魂。這意味著適應一定只發生在響應來自左眼刺激的神經元中。如果適應發生在腦的雙眼神經元中(在初級視覺皮層和更高階的視覺區域),您用任何一隻眼睛都會看到約裡克的鬼魂。

進化與適應
為了慶祝查爾斯·達爾文誕辰 200 週年,蘇格蘭格拉斯哥大學的心理學家羅布·詹金斯和英格蘭赫特福德郡大學的理查德·懷斯曼創作了一幅幻覺作品,向達爾文的進化根源致敬。盯著影像中心 30 秒,然後將視線移開,看向白色表面。兩隻猴子變成了達爾文肖像的後像!

後像永遠不如原始影像清晰。詹金斯和懷斯曼利用解析度的這種差異,創作了一幅在“正常”高解析度視覺中看起來是一種樣子,而在低解析度後像中看起來是另一種樣子的影像。

牛虻
這個幻覺展示了顏色感知和後像之間的相互作用。首先,請注意,左圖的顏色不平衡,分別在蒼蠅的左右兩側:左側偏藍色,右側黃色過多。現在,將您的視線固定在右圖中蒼蠅上 30 秒:這種凝視會使您視網膜中的神經元適應左側的藍色色調和右側的黃色色調。結果,您的左視野將對藍色不太敏感,而您的右視野對黃色不太敏感。然後回頭看牛鼻子上的蒼蠅,影像將呈現出完美的色彩平衡。

這個幻覺有助於解釋為什麼物體在不同的照明條件下看起來顏色相同。例如,無論您是在室內還是室外,您的襯衫看起來顏色都相同,即使燈光和陽光的光譜不同。您的視覺系統會適應照明並“折扣”它以保持顏色恆常性。其中一些處理發生在視網膜而不是大腦中。

還要注意,顏色選擇性適應仍然僅限於單隻眼睛:如果您在適應期間閉上一隻眼睛,然後在看牛時切換眼睛,則未適應的眼睛的顏色平衡將恢復為藍色和黃色。

籠中鳥
當您盯著彩色影像時,它的後像會呈現出自己的色調。例如,盯著紅色鸚鵡的眼睛 30 秒,然後立即看向空鳥籠的中心。您應該看到籠子裡有一隻幽靈般的藍綠色鸚鵡。用綠色紅衣主教鳥嘗試同樣的操作,您應該會看到一隻粉紅色的鳥。這個幻覺是舊金山探索館博物館展覽的一部分。

凝視任何彩色表面都會引起鮮明的互補色後像。例如,盯著紅色會引起藍綠色的後像,因為您視網膜中響應紅光的細胞會透過降低其活動來適應紅色環境——為了節省能量併為檢測未來紅色中的任何變化做好準備。當您將視線移開看向白色背景時,您的視網膜會在幾秒鐘內保持對紅色環境的適應。從白色中“減去”紅色後,您可以看到紅色的相反色:藍綠色。

與眾不同的鳥
正後像可以從互補的周圍顏色中捕獲,如這個未著色的鳥的演示,它捕獲了其背景的紅色。盯著左側面板中鳥身上的“目標”約 30 秒。然後立即看向右側面板中鳥的相同位置。

在這個由以色列特拉維夫大學的視覺科學家 Yuval Barkan 和 Hedva Spitzer 創造的幻覺中,左側面板中的紅色背景導致鳥填充互補的藍綠色,一旦移除紅色背景,就會產生令人驚訝的強烈且持久的鳥的紅色後像。

這個幻覺在 2009 年年度最佳幻覺競賽中獲得二等獎。要體驗這個幻覺的更引人注目的“飛行”鳥版本,請訪問 http://illusioncontest.neuralcorrelate.com/2009/color-dove-illusion

紅色和黃色珠子
凝視上下方塊之間的十字約 30 秒。然後立即看向右側的十字,您應該看到 18 顆彩色珠子:十字上方九顆紅色珠子,十字下方九顆黃色珠子。珠子在影像本身中都是灰色的,但周圍的顏色會引起彩色後像。

西班牙宗教裁判所
這個令人難以置信的後像幻覺展示了一點顏色的力量有多麼強大。首先,將您的視線固定在左圖中心的小黑點上。請注意,影像中沒有輪廓,只有純色色斑。一旦您的視網膜適應約 30 秒,請看向右側馬德里附近 Manzanares el Real 城堡的黑白影像(同樣,將視線固定在中心的黑點上)。¡Olé! 西班牙城堡已從黑白變為絢麗的色彩。

這個幻覺表明,即使顏色來自後像,大腦也可以將顏色分配給單色物體。只有當後像與實際影像完美對齊時,幻覺才有效——否則實際影像會佔主導地位,顏色會被抑制。這種複雜過程的神經細節在很大程度上仍然未知。

形狀特定的後像
在這個幻覺中,單個彩色影像會產生兩種不同顏色的後像,具體取決於您之後看到的形狀。將您的視線固定在中間面板彩色星星之間的黑點上,並盯著它 30 秒,不要移動您的眼睛。然後看向頂部面板中的空輪廓。左邊的輪廓填充了幽靈般的藍綠色,右邊的輪廓看起來是紅色的。當您看向底部面板時,顏色會反轉。

一個影像如何產生兩種不同顏色的後像?輪廓的形狀如何決定填充的顏色?這個幻覺的創造者,荷蘭奈梅亨拉德堡大學的 Rob van Lier 和 Mark Vergeer 認為,後像的色塊可以擴散和融合,以填充輪廓形狀。右上角的形狀呈現紅色色調,因為它與原始彩色影像中的互補藍綠色色塊具有相同的輪廓。同樣,左上角帶有藍綠色的形狀與彩色影像中的紅色色塊相匹配。

沒有什麼是相同的
新澤西醫學院和史密斯-凱特爾韋爾眼科研究所的 Abigail E. Huang、Alice J. Hon、Christopher W. Tyler 和 Eric L. Altschuler 創作的這些令人難以置信的幻覺表明,在後像中,顏色外觀相同的物體可能看起來顏色不同,而顏色不同的物體可能看起來顏色相同。凝視上圖中黃色字母 M 和 P 之間的白點。保持您的視線 30 秒,然後看向白色的牆壁。您將看到字母的後像,現在是品紅色 (M) 和紫色 (P)。

在下圖中有兩個 Y,一個是藍色,一個是紫色。盯著它們之間的白點 30 秒,然後將您的眼睛移向白色的牆壁。您現在將看到後像中的 Y 是相同的黃色陰影。

事實上,上圖中的 M 和 P 是不同的顏色,但由於紅色和黑色背景的影響,它們看起來只是相同的黃色陰影。在後像中,互補的背景顏色——藍綠色和白色——具有相反的效果:它們使 M 和 P 看起來比實際更不同。Y 在真實影像中也彼此不同,但後像中的互補背景顏色使它們看起來顏色相同。

地球上色彩最不豐富的地方
後像顏色分配對於人類非常擅長識別的物體(例如面孔)非常有效。凝視左側國家海洋和大氣管理局軍團指揮官約翰·博特尼亞克在南極的彩色反轉肖像 30 秒,然後看向右側的影像,以彩色檢視它。

Stephen L. Macknik 是紐約州布魯克林 SUNY Downstate 醫療中心的眼科、神經病學、生理學和藥理學教授。他與 Susana Martinez-Conde 和 Sandra Blakeslee 合著了獲得 Prisma 獎的《心理詭計》。他們即將出版的書《幻覺冠軍》將由 大眾科學/Farrar, Straus and Giroux 出版。

更多作者:Stephen L. Macknik

Susana Martinez-Conde 是紐約州布魯克林 SUNY Downstate 健康科學大學的眼科、神經病學、生理學和藥理學教授。她與 Stephen Macknik 和 Sandra Blakeslee 合著了獲得 Prisma 獎的《心理詭計》,並與 Stephen Macknik 合著了《幻覺冠軍》。

更多作者:Susana Martinez-Conde
SA Special Editions Vol 20 Issue 1s本文最初以“約裡克的鬼魂和其他後像的神經科學”為標題發表於SA Special Editions 第 20 卷第 1s 期(),第 12 頁
doi:10.1038/scientificamericanmind0510-12sp
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