这一场场眼睛的骗局,看完之后,你还敢相信眼见为实吗?

超模君 爆炸吧知识 昨天
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眼见就一定为实吗?假如眼睛也会欺骗你呢?
 
我们先来做一个小小的试验。下图画面中心的黑色十字周围有一个紫色圆环,可以很清楚地看到在这个紫色圆环上,有一个紫色圆点在围绕着黑色十字顺时针转动
 
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现在,需要你摒除内心一切杂念,把注意力集中到画面中心的黑色十字上,盯着看30秒左右。
 
这时候你会发现,原本围绕着黑色十字转圈的紫色圆点渐渐变成了绿色,慢慢的就连周围的紫色圆点也消失了,整个图像中只剩下中心的黑色十字、灰色的背景和一个独自旋转的绿色圆点。
 
眨眨眼再定睛一看,图像又变回了一开始的样子
 
是不是很神奇?也许你不敢相信,就在这短短的30秒,你的眼睛就已足足欺骗了你三次。
 
这就是生活中常见,而我们往往被“骗”了还毫不知情的视错觉。上面这张带来神奇视觉体验的图片,正是史上最经典的视错觉图——追逐丁香
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视觉暂留现象

回想一下,在刚开始的几秒内,是不是看到了有一个紫色圆点在顺时针连续转圈圈?但其实它是间断的。
 
这幅图像由12帧静止画面组成,每两帧之间的间隔约为0.1秒。按道理说,黑色十字周围应该环绕着12个圆点,但这里的每一帧都缺失了1个紫色圆点,并且缺失的这1个圆点的位置在每一帧中的位置都按顺时针排列。
 
既然如此,我们的视觉为什么会让我们觉得它是连续的呢?
 
从科学的角度上讲,这其实是由视觉暂留(Persistence of vision)现象导致的。
 
我们都知道,当眼睛在观看物体时,会在视网膜上成像,并通过视神经输入人脑,从而让我们真正地看到了事物。

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然而,当物体移开我们的视线时,视神经对物体的印象并不会立即消失,而是会持续0.1-0.4秒。这就是视觉暂留。
 
为什么会造成这种现象呢?
 
一种认可度较高的说法认为,这是因为我们的视觉实际上是靠感光细胞感光,再将光信号转换成神经电信号,最终传回至我们的大脑,才得以形成的。
 
其中,感光细胞需要感光色素来维持感光功能的正常运行。然而,感光色素并不是说有即有的,它的形成需要一定的时间。因此,正是在感光色素形成的过程中,出现了视觉暂留的现象
 
对此,也有一部分研究者认为这是视网膜的不完善导致的。而一些心理学家则认为这是人的感觉记忆造成的。
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但不论怎么说,当静止的画面以一定的频率出现在我们的眼前的时候,我们就会无意识地自动将这些画面连接在一起,把它错看成了动画

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就像是上面这幅图,明明只是一张张静止的画面,但当它们连续且快速地出现时,我们不自觉地就会把它联想成动画。

 

视觉遗像错觉
 
那么,紫色圆点又是怎么变成绿色的呢?
 
这其实是另一种常见的视错觉现象造成的——视觉遗像错觉

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当我们盯着某个颜色的点时间过长后,部分视觉神经因长时间接收到同样的刺激,产生了视觉疲劳,从而导致神经对光的感受性的短暂性减弱。
 
当我们转移视线时,视觉感受便会渐渐恢复,视神经重组视觉信号,继而出现与那个视觉刺激点“互补”的图像。

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例如上图,当我们盯着左边的圆形超过30秒后,把视线转向右边灰白色的圆形,这时就会发现,我们在右边灰白色的图像上看到了与左边完全相反的颜色——原本红色的左半圆变成了绿色,而绿色的右半圆变成了红色。
 
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这种互补在生活中十分常见,不仅仅是红与绿这样颜色上的互补,还有明与暗的互补。比如,我们长时间注视落日之后,当我们移开视线时,往往会看到一个与落日形状相同的黑影。
 
这也就是为什么我们盯久了会把紫色圆点看成了绿色的原因。

 

特克斯勒消逝效应

现在我们还剩最后一个疑问,为什么看着看着全部紫色会渐渐暗淡下来甚至最后消失了呢?
 
我们先来看下面这张图。请集中视线,盯着下图中心的十字,尽量不要眨眼,不要移开视线,静待一会......
 
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只要目不转睛盯着看20秒左右,你就会惊奇地发现,这张图上的色彩逐渐暗淡下来,最后甚至慢慢消失了。
 
这就是瑞士物理学家1808年发现的特克斯勒消逝效应(Troxler’s Effect)。
 
当我们的目光聚焦在一个固定点,维持20秒甚至更久时,在固定点周围的其他事物带来的视觉刺激就会在我们眼中慢慢淡化,直到消失。并且,这些事物看起来越小、对比度越低、边缘越模糊,或是离我们的视线中心越远,特克斯勒消逝效应的效果往往就越明显。

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其实,特克斯勒消逝效应也是一种常见的生活现象,是我们人类神经适应性的一种表现。
 
我们的神经系统每时每刻都在不停地工作——不仅实时监控着我们的生理状况,指挥我们体内外的协调运转,还要分析从各种感觉那收集来的海量信息。如果不加以筛选,我们的神经应付不来这些繁重的工作。
 
为了更好地适应外界持续性刺激,神经适应性会帮助我们忽略掉一些不重要的信息,减轻信息处理的负担,从而使我们更高效地处理海量信息。
 
所以当我们的注意力集中在画面中心时,视觉神经就会自动对中心之外无关紧要的刺激“视而不见”。
 
当我们再把视线移开时,视觉信息得以加载更新,之前消失的色彩也就在我们眼中渐渐恢复了。
 
为什么在生活中我们总是察觉不到这样的视觉消逝呢?
 
这是因为我们的眼睛在不断运动,眼皮也经常跳动,视觉系统持续更新,我们难以察觉到那些被我们忽略掉的信息,于是也很难察觉到这种视错觉的发生了。

 

生活中的视错觉

除了上述三种视错觉之外,我们的眼睛常常也会给我们带来一些其他的错觉。
 
为了提高神经的信息处理效率,我们的视觉系统在经过漫长进化后,初次遇到新的图像时,往往会以它固有的方式来理解,从而出现“理解偏差”的现象。
 
例如下图中的线条,看起来是歪歪斜斜的,但当我们拿尺子去比对时,就会发现这不过是我们的错觉。

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再比如,下图中,当你视线持续转移或者频繁眨眼时,会发现上图中的四个圆像车轮一样动了起来。然而,这其实只是一张静止的图片而已。
 
这种由于周边视觉观察到的异常运动错觉,被称为周边漂流视觉。
 
目前研究者对此视错觉的解释是,具有方向选择性的神经元对不同的对比度刺激作出的反应存在着差异,视觉神经元对高对比度刺激的反应更快。
 
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尽管这方面的科学解释还在进一步研究中,现实生活中已经有不少巧妙运用视错觉的有趣例子了。例如,建筑设计师常常会运用视错觉使建筑更具有空间感、设计美感。

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还有有趣好玩的3D错觉艺术,大大打破了人们对美术欣赏的既有印象,让游客融入每一幅画作中,与其互动。
 
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街头艺术涂鸦,也是巧妙运用视错觉的例子。看看下图,地板是真的破裂了吗?瀑布真的存在吗?
 
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在这些视觉“欺骗”里,眼见不一定为实,我们看到的也未必就是世界的真相。有时候,眼睛也会遇到自己的困惑,就比如——不妨用眼睛来数数下图中到底有多少张人脸呢?

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写在最后

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作者简介:超模君,数学教育与生活自媒体博主,新晋理工科奶爸。出版过《芥子须弥 · 大科学家的小故事》《数学之旅·闪耀人类的54个数学家》; 《漫画数学·闪耀人类的数学家》《薛定谔的猫·漫画大科学家的小萌宠》。后续数学文化创意多多,欢迎关注认识!
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https://zhuanlan.zhihu.com/p/27720143
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