你眼中的星光

伽利略看到天體在太空中旋轉,但他對我們現在知道的源於他大腦的效應感到沮喪:同一顆木星衛星,在黑暗背景下看起來很小,而在明亮背景下看起來很大。達芬奇和亥姆霍茲在觀察白色物體與黑色物體時,也遭受過類似的宏偉錯覺。在這裡,我們將展示一些大腦對亮度的錯覺,作為我們新文章的補充,該文章名為幻覺,刊登在本月大眾科學 MIND的紙質版中。

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安德森-溫納沃錯覺 
來源:© 2005 自然出版集團

我們新的幻覺文章,刊登在2016年11月號的大眾科學 MIND上,探討了一個與科學本身一樣古老的大腦難題。許多人認為伽利略·伽利萊是現代科學的第一人,但他無法相信自己的眼睛。他注意到,當他觀察木星的一顆衛星,以巨大的行星為背景時,這顆衛星看起來比他觀察同一顆衛星在黑色夜空中的亮點時要小。列奧納多·達芬奇也注意到,視覺的精確度會隨著明暗而變化(儘管他注意到這種效應是在畫家的畫布上)。尊敬的德國物理學家-醫生赫爾曼·馮·亥姆霍茲認識到,這種效應一定與大腦有關,因為他一直在思考輻射錯覺。

 


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輻射錯覺。亥姆霍茲注意到,當在黑色背景上觀察白色正方形時,它看起來比在白色背景上觀察黑色正方形時要大。

在文章中,我們描述了一些光學和神經效應,這些效應導致了我們眼中明亮物體相對於黑暗物體更大的尺寸,以及相關的亮度效應,例如巴頓·安德森(西澳大利亞大學)和喬納森·溫納沃(紐約大學)的錯覺(見上方的移動月球影像)。我們還討論了最近由紐約州立大學視光學院的何塞-曼努埃爾·阿隆索實驗室和佛羅里達州朱庇特的馬克斯·普朗克研究所的大衛·菲茨帕特里克實驗室發現的這些效應的神經基礎,以及它們在我們日常感知中所起的作用。

但這些對比效應並不能說明全部情況。光和暗在空間中如何相互作用的背景也很重要,正如愛德華·阿德爾森(麻省理工學院)令人難以置信的阿蓋爾家族錯覺所顯示的那樣(見下文)。在這裡,我們看到一個灰色陰影的菱形,根據它周圍的環境以及與周圍環境的距離,會顯得明亮或黑暗。

愛德華·阿德爾森 科學 • 第 262 卷 • 1993 年 12 月 24 日 

對比度不足夠

儘管對比度對視覺至關重要,但阿德爾森在此證明,物體表面屬性影響我們如何看待明暗還有其他無法解釋的方式。阿德爾森的阿蓋爾錯覺表明,菱形a1a2的亮度看起來非常不同,儘管它們是相同的,而b1b2看起來更相似。頂部影像和底部影像之間唯一的區別是垂直明暗圖案之間的間隙,由於某些未知的原因,這破壞了底部影像中陰影的出現。

Stephen L. Macknik is a professor of opthalmology, neurology, and physiology and pharmacology at SUNY Downstate Medical Center in Brooklyn, N.Y. Along with Susana Martinez-Conde and Sandra Blakeslee, he is author of the Prisma Prize-winning Sleights of Mind. Their forthcoming book, Champions of Illusion, will be published by 大眾科學/Farrar, Straus and Giroux.

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