从视觉错觉到偏见.docVIP

《Making Up the Mind》上讲了这么一个简单但深刻的实验： 我们看到下面这张图片的第一反应是：5个凸的按钮，1个凹的按钮。 现在仅仅将图片上下颠倒一下： 在我们眼中立即就变成了：1个凸的按钮，5个凹的按钮。为什么同一张图片，仅仅是上下颠倒一下，我们就对其作出了完全不同的解释呢？ 视觉图像要到达大脑，首先要在视网膜上成像（视网膜上密密麻麻地排布着感光细胞），刺激感光细胞形成神经电冲动，然后经过一系列复杂的神经通路到达视觉皮层。后续繁杂的步骤其实都是对视网膜上成像的处理。对我们而言，不妨可以将视网膜看作一张感光胶片，重点在于视网膜上的像是一张二维图片，大脑提取出来的任何信息都以这张二维图片为原始素材。 那么，大脑究竟是怎么从二维图片中看出（推导出）三维的？ 其中一个重要的工作就是判定深度。比如，前面的两张图片完全是二维图片，在我们的视网膜上也是二维的。然而大脑却能够从中理解出三维出来，大脑能够判断出一个按钮是“凹”的还是“凸”的。这是怎么办到的？ 很简单，假设环境中有光源，并且光源来自上方，那么凸的物体会使其下部出现阴影，凹陷的物体则会在上部出现阴影。于是，图中按钮的下半部出现阴影就意味着按钮是凸的，按钮的上半部出现阴影则代表按钮是凹的。 然而，别忘了，大脑的这个推理成立必须有一个前提，即光线从上方照下来，如果光线从下方照下来的话，一切就反过来了：凸的物体将会使其上部呈现阴影，凹的物体将会使其下部呈现阴影。因此，同样的一张图片如果假设光线从下方照耀的话，原来看成凸的物体就应该看成凹的，原来看成凹的就应该看成凸的。 回到第一张图片，你能够看着第一张图片并假想光线从下方照下来，进而把原来凸的按钮看成凹的吗？事实证明这很难，但我们可以做一个等价的事情——将图片上下颠倒一下：考虑到我们总是假设光线从上方照耀以及按钮的上下对称性，颠倒原图就相当于对原来的图片而言假设光线从“下方”照上去了。于是，我们发现（上文第二张图），一旦颠倒图片之后，果然凹凸就换位了。 这就是说，同一张图片其实有两种（乃至更多）可能的解释，取决于你的大脑到底假定光照来自下方还是上方。但为什么我们看上面两张图片却不会出现“二义性”的错觉呢？ 因为在我们生存的环境中始终有这么一个巨大的来自上方的光源——太阳，漫长的进化已经在我们的神经回路中刻下了“光源来自上方”这样一 个强大的假设，所以虽然第一张图片本该有两种解释，我们还是不可避免地只看到其中一种，即假设光线来自上方的解释。即使卯足了劲看也难以将凸的看成凹的，因为难以克服“光线来自上方”的假设。 对于了解贝叶斯方法的同学，这个“光线来自上方”的假设就是先验（prior）的。世界在我们眼中其实只是一张二维图片，由于引入了“光照来自上方”这个先验假设，便有了凸凹。否则，文中一开始那张图片中的“按钮”可以是凸的，也可以是凹的，也可以是一张平面的、故意捉弄你眼睛的画。 最后，我们再来做一个实验，将原图转动90度： 是不是发现凸凹感基本消失了？现在，图片看上去更像是透过面板上的一些孔洞看背后的一张黑白条纹纸。前面提到，我们的大脑通过阴影来判断凸凹，在对阴影的“含义”进行推断的时候必须假定”光照来自上方“。而在这张竖着的图中，假设光照来自上方的话，那些阴影是没有意义的，因为不管凸还是凹，都不会形成这样的阴影，因此我们的大脑便无法判断凸凹了。（注：其实只要稍微把头往某个方向转一下就会看到凸凹了，并且，由于90度的偏角远小于上下颠倒，所以可能不少人还是能够在上图中看出凸凹感来的，只要想象光线来自左方或右方即可，比想象光线来自下方容易多了）。 也许这个实验对你来说过于简单，对于我们大脑中的“光线来自上方”的先验假设你还没有强烈的感觉。下面是一个更强的先验假设——人脸。 我们的大脑有一个神经网络模块负责识别人脸，这也是一块硬编码的神经网络。这就是说，我们天生就对任何（类似）人脸的图像敏感，所以随处都看到人脸，稍微类似人脸的图像就会被优先解释为人脸（用“手中拿着锤子，什么东西看上去都想钉子”的话来说，人脸模型就是我们的大脑在图像识别时的一柄黄金大锤）： 当这种对人脸的强大先验假设在与“光线来自上方”假设产生冲突的时候，真正诡异的事情就出现了！ 这是卓别林的面具在旋转过程中的四个不同瞬间的截图，左上图是面具正面的正常图像，但右下角是从反面看的情形——这个时侯，实际上面具是向内凹陷的面孔，但是我们的大脑欺骗了我们，让我们仍然看到凸的面孔，因为大脑的人脸识别模块对“脸是凸曲面”的先验假设轻易地打败了“光照来自上方”的假设。 大脑的逻辑是这样的：如果假设光照来自上方，那么根据阴影来推断这就应该是一张凹陷的脸。但我们又知道所有的脸都是凸的，因此必须推翻光线来自上方的假定才能符合“事实”——当大脑中的两个假设相冲突的时候，更强硬的那个获胜。如