此回答已被知乎日报收录:盯着下面的图片十秒,它就会消失,这是为什么?
本质原因是神经系统的适应性。当然,还牵涉到微眼跳、视单位的感受野等知识点。
图1. 柴郡猫错觉(取义自《爱丽丝漫游奇境记》中的那只会隐身的喵)
PS.盯住X看10-20秒,小喵就会消失哦,包括牙齿!(亲测有效)
PPS. 建议在电脑上看,手机屏幕太小,手机之外的其他视觉刺激会引发眼睛的运动,进而导致看不到这个现象。
特克斯勒消逝效应(Troxler’s Effect)是一种较常见的现象,是神经适应性(adaptation)的表现。神经适应性是指人的感觉系统对外界的持续刺激不是恒定不变的,而是有一种适应刺激的过程(图2)。因为神经系统每天工作繁忙,不仅要实时监控生理指标,指挥人体内外部运动,还要从各种感觉那里收集海量信息加以分析,如果完全不加筛选可能就累垮了。这种适应性使得神经系统可以忽略某些不重要的信息,比如这种持续不变的刺激,进而使人可以更好的应对环境中不断变化的信息。
图2. 神经节细胞和感光细胞对光的适应性[1]。PS. 找不到能解释特克斯勒消逝效应的神经细胞适应性的模式图,暂且就贴对光的适应性的图吧。详情请见原书图26-19。
吸引我回答这个问题的,不是教科书上对这种视错觉的解释,而是其背后的神经生物学基础。我简单总结了两点有趣的地方:
1、微眼跳拯救了我们的视觉
这个效应这么显著,为什么我们在生活中不会察觉?原因很简单,首先,我们平常看到一般都是清晰、高对比度的画面,这种情况下特克斯勒消逝效应并不明显。其次,更重要的是,因为我们的眼睛总是在动,这能不断地刷新感光细胞所接触到的视觉刺激,避免它们因为持续接收相同的刺激而引起神经适应性。
事实上,即便是一直盯着某处的时候,我们的眼睛也是会发生无意识的细微运动的(图3),这被称为微眼跳(microsaccade)。微眼跳在维持视觉景象、防止视觉消失上发挥着重要作用:它能够刷新我们视网膜上的图像,部分抵消神经适应性,使图象清晰。有不少研究表明,如果眼睛的运动被完全抑制时(例如,使用视网膜稳定技术),即便我们看到的是清晰的图像,同样也会渐渐地消失在眼前[2]。
图3. 你以为眼睛不动了,其实它还在做“微眼跳”[3]。左)在45秒的自由视觉探索期间,单只眼睛的视线位置迹线。右)其中的10秒注视期间的眼动情况。注:蓝线为眼睛的扫视,红线为微眼跳。
多亏了微眼跳,不然只要你盯着女朋友看,人家就会慢慢的变得不见了,想想都可怕!
写到这里,我忽然好好奇,鱼类、章鱼等较低等的物种的眼睛是否也有微眼跳呢?如果没有的话,那他们一直盯着我们看的时候可能是看不清我们的啊!
2、为什么这种消失是以从周边到中央的方向进行的?
原因至少有3点:1、我们的注意力(attention)通常都是维持在视野中心,这导致我们容易忽视视野周边的信息。2、周边视网膜中的感光细胞(视锥和视杆细胞)的密度较低(图4a),导致我们眼睛对视野周边的刺激的分辨能力较弱,进而容易导致感知的丢失。3、视感受单位由感光细胞、双极细胞和神经节细胞组成,是视觉的基本功能和结构单位。周边视网膜中的视感受单位的感受野(即感受的视野区域)更大(图4b)。所以,越是周边的视感受单位因为微眼跳而引起的视野内的图像的变化就越小,因此对神经适应性的抵消作用就越弱。所以这种消失首先从周边开始。
图4. 视网膜结构的区域差异[4]。(a) 越往外周,总的感光细胞越少,感光能力越弱。(b)在中央凹,感光细胞和神经节细胞均为一对一联系;在周边视网膜,多个感光细胞将信息传递给同一个神经节细胞。因此,外周的视感受单位的感受野更大。(c、d)感光细胞的分布形式。(详情请见前文:都是视网膜惹的祸)
不少人有提到追逐丁香视错觉,的确这个视错觉也涉及到特克斯勒消逝效应。当然,追逐丁香视错觉更为复杂,事实上是多种基础视错觉综合的效果,详见我的专栏文章:解密视错觉 | 追逐丁香视错觉:小图片、大科学。
参考文献:
1. Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum, S. A., & Hudspeth, A. J. (2013). Principles of neural science (Vol. 5): McGraw-hill New York.
2. Ditchburn, R.W. and B.L. Ginsborg, Vision with a stabilized retinal image. Nature, 1952. 170(4314): p. 36-7.
3. Martinez-Conde, S., J. Otero-Millan, and S.L. Macknik, The impact of microsaccades on vision: towards a unified theory of saccadic function. Nat Rev Neurosci, 2013. 14(2): p. 83-96.
4. Bear, M.F., B.W. Connors, and M.A. Paradiso, Neurosciences: exploring the brain. 2016: Wolters Kluwer.
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