2019/7/16

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色彩错觉扭曲了世界(二)

放射线错觉系列

以埃伦施泰因错觉为基础,只要对放射线和背景的颜色稍加改动,就会出现完全不同的效果。实际上,大脑一直试图统合多种途径,调和各种不兼容的信息,颜色和形态、动作的处理密不可分。

放射线错觉为颜色在区分图像 - 背景方面的作用提供了更为充分的证据。1941 年,德国心理学家瓦尔特 · 埃伦施泰因(Walter Ehrenstein)发现,在一组放射线围成的空隙中间,似乎出现了一块明亮的圆斑(见右上图)。这个空隙其实并没有圆形的边界线,由错觉产生的明亮圆面看起来就像盖在放射线的上方一样。

放射线的长度、宽度、数量,以及线条颜色与背景色的反差决定了埃伦施泰因错觉的显著程度。引起这种错觉的空间构图暗示,有一种神经元会对线条的末端起反应。人们已经在视觉皮层中发现了这种名为终末神经元(endstoppedneuron) 的细胞,它们的存在或许可以解释这个现象。这些局部信息经过整合之后,会传输给其他(次级)神经元,而后者产生了中央空白区域格外明亮的错觉。

在对埃伦施泰因错觉的研究中,我们考查了不同数量、长度和宽度的放射线,而本文列举的例子是其中最让人意外的组合(参照第 55 页~第 57 页的图示)。我们先确认放射线必须具备哪些特征,才能让中间的圆斑最为明亮(结果如图① a),在此基础上,尝试改变中央圆斑的颜色和样式。我们给埃伦施泰因图形加上一个黑色的环面(或者说圆环),结果,中央空隙处不再明亮(见图①B)——错觉被破坏了。埃伦施泰因也发现了这个问题。我们怀疑,是圆环让那些对线条末端敏感的神经元沉寂了。

不过,如果环面跟放射线的颜色不同,情况又另当别论,因为颜色激活了另一些细胞。当我们添上一个有颜色的环面,中央的圆斑不仅比埃伦施泰因图形更亮(自发光,self-luminous),而且显得厚实,似乎在纸上贴了一块白色的浆糊(见图②)。这个现象出乎我们的意料:自发光现象和浮现出圆面的现象一般不会同时出现,有些人甚至认为两者是相悖的,不能共存。我们把这个现象称作不规则明亮诱导(anomalous brightness induction)。就像水彩效应一样,可能是在处理过程的初始阶段发挥作用的细胞引起了这一错觉。

从左到右,从上到下依次为,埃伦施泰因图形、①、②、③、④、⑤

埃伦施泰因图形:由德国心理学家瓦尔特·埃伦施泰因在1941年设计,为本文所示的其他各种错觉图形奠定了基础。图A的中心圆斑看起来格外明亮,可一旦添上细圆环(图B)就破坏了这种错觉。

①为了加强埃伦施泰因图形带来的错觉,我们对原图稍作修改,让中央空隙的圆斑看起来更加明亮。

②不规则明亮诱导:添加有颜色的圆环会让错觉的圆斑看上去更白。

③闪烁光泽:中央的灰色圆斑闪烁着点点微光。

④不规则黑暗诱导:黑色圆斑搭配彩色圆环,让中央的黑色比外围的黑色背景显得更深沉。

⑤闪烁不规则色彩对比:前后移动图片,你会发现紫红色圆环里的灰色圆盘似乎闪烁着黄绿色的光芒。

我们给埃伦施泰因图形添上一个灰色的圆盘(见图③),就能看到另一种叫做闪烁光泽(scintillating luster)的现象。在移动图片或目光扫过图片时,增亮的错觉不见了,出现了微光闪烁的感觉。这种闪烁或许源于 ON/OFF 系统之间的竞争——线条引起的增亮(错觉上的增强)与暗灰色圆盘(实质上的减弱)之间的竞争。当我们在圆环中间填充黑色,并采用黑色背景时(见图④),圆盘看上去比背景更黑,但实际上,它们的颜色是一样的。与白色圆盘的自发光现象不同,黑色圆盘产生了一个空洞,或者说是一个能吸收一切光线的“黑洞”。

当有色环面内的圆盘填充成灰色时,那个圆盘似乎带上了环面的互补色——比如,当环面是紫红色时,圆盘看起来就呈黄绿色(见图⑤)。此外,每当目光掠过图片,或前后移动图片时,圆盘都会闪烁,似乎圆盘在图形中的相对位置也有所变化。闪烁不规则色彩对比(flashinganomalous color contrast)对放射线和有色环面的依赖性与其他几种效果差不多,但它有自己的独特之处,并不是几种已知效果的简单组合。在这种错觉中,呈现出的色彩既是自发光的,也是闪烁的。让人称奇的是,错觉的圆面似乎漂浮在图形的其他部分之上。圆面的颜色和自闪烁形成的颜色并没有混合;相反,一种颜色是属于纸上的圆面,另一种颜色却来源于对视觉刺激的其他特性的整合。

在闪烁不规则色彩对比中,放射线可能激活了局部区域的终末神经元。这跟前面提到的地中海地图一样,错觉能让人们误以为轮廓线的颜色延伸到空隙之上。但这种细胞的活动不能完全解释闪烁和互补色的共存。这种鲜活的颜色究竟是放射线直接作用于色彩对比的结果,还是放射线和灰色的中心圆面引起的光泽和闪烁间接导致的?我们现在还不清楚。

现在我们对大脑的了解还不足以解释所有这些错觉。错觉的复杂性暗示,其中涉及的可能不是一种单一的信息处理过程,而是体现了大脑试图调和来自多种特殊途径且相互竞争的信号。很显然,科学家们还需要进一步研究大脑,揭示出更多感知客观世界的方式。所幸,对颜色错觉的现行研究会继续为我们提供揭示人类视觉系统复杂性的方便之门。

扩展阅读

Sensory Experience, Adaptation and Perception. Editedby Lothar Spillmann and Bill R. Wooten. Lawrence ErlbaumAssociates, 1984.

Visual Perception: The Neurophysiological Foundations.Edited by Lothar Spillmann and John S. Werner. Academic Press,1989.

Neon Color Spreading: A Review. P. Bressan, E. Mingolla, L.Spillmann and T. Watanabe in Perception, Vol. 26, No. 11, pages1353–1366; 1997.

The Watercolor Effect: A New Principle of Grouping andFigure-Ground Organization. B. Pinna, J. S. Werner and L.Spillmann in Vision Research, Vol. 43, No. 1, pages 43–52;January 2003.

The Visual Neurosciences. Edited by L. M. Chalupa and J. S.Werner. MIT Press, 2004.

Figure and Ground in the Visual Cortex: V2 CombinesStereoscopic Cues with Gestalt Rules. F. T. Qiu and R. vonder Heydt in Neuron, Vol. 47, No. 1, pages 155–166; July 7,2005.

The Watercolor Illusion and Neon Color Spreading: AUnified Analysis of New Cases and Neural Mechanisms. B.Pinna and S. Grossberg in Journal of the Optical Society ofAmerica, Vol. 22, No. 10, pages 2207–2221; 2005.

 本文作者

过去10年来,约翰·S·沃纳、班吉奥·平纳及洛塔尔·斯皮尔曼一直致力于研究本文中描述的色彩错觉。沃纳获得美国布朗大学的心理学博士学位后,加入了荷兰应用科学研究组织(TNO)的感知实验室,现为美国加利福尼亚大学戴维斯分校教授。平纳是意大利萨萨里大学的教授,在意大利帕多瓦大学接受了本科及研究生教育。而斯皮尔曼是德国弗赖堡大学视觉心理物理学实验室的负责人。他在美国麻省理工学院度过了两年时光,又先后在视网膜基金会和美国波士顿的马萨诸塞眼科及耳科医院工作了5年。平纳和斯皮尔曼都在美国旧金山的探索博物馆展出过他们制造的视错觉。文章转载自心理学空间

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