奥秘#24　用墨镜制造深度错觉

我们可以凭借鲜为人知的普尔弗里效应来潜入大脑，影响它对运动、深度和亮度的计算。我们所需要的工具仅仅是一副墨镜和一个单摆。

本节将探索视觉系统中物体距离感知和速度感知的秘密。这两个变量——深度和速度——能通过比较物体在不同时间点的位置而计算得出。大脑并没有安排两种神经元来分别处理这两个变量。相反，因为深度和速度的基本处理过程相同，所以大脑安排了同一种神经元来处理这两个变量。因此，我们有可能（在对的条件下）将一种变量的改变转化成另一种变量的改变。普尔弗里效应便是其中一例，在墨镜和单摆的共同作用下，人们错以为单摆的运动轨迹从直线变成了椭圆。之所以如此，是因为墨镜所引起的速度感知变化被转化成深度的感知变化。

练习

用一根线和类似砝码的重物（比如一串钥匙）便可以做成一个单摆。另外，你还需要一副墨镜或其他颜色较暗的透明材料。

请你的朋友在你面前摆动单摆，确保它在垂直平面上左右运动。现在，将墨镜放在你的一只眼睛前面（如果你有旧墨镜的话，最简单的方式是将墨镜的一只镜片去掉），请保证你两只眼睛都是睁开的。你会发现，单摆除了左右摆动，似乎还在前后摆动，就像在沿着椭圆形的轨迹摆动一样。你们两人的状态就如同图2-20所呈现的情景。

图2-20：马特和汤姆正使用墨镜和鞋带做成的单摆来测验普尔弗里效应

向你的朋友描述单摆摆动的椭圆轨迹，并让他以相反的方式使单摆摆动来中和这种错觉。现在，单摆看上去沿直线摆动。不过，奇怪之处不再是单摆与你之间的距离，而是单摆的速度。因为现在它的确在沿着椭圆轨迹摆动，所以中和了在距离上的错觉。但是，中和的速率并不均匀，使得它看上去就像在怪异地加速和减速。

原理

对普尔弗里错觉的经典解释是：暗光会减慢眼睛对物体的处理速度（亮度越低，意味着有越少的神经元产生神经冲动，传导速度也越慢【奥秘#11】）；因此，一只眼睛接收图像会比另一只要晚一些。因为物体移动，所以在视网膜上，物体图像的位置也会有些许改变。两只眼睛在视网膜上显示的图像差异会被视觉系统看作深度信息【奥秘#22】，戴墨镜的眼睛视网膜上的成像和裸眼成像之间的差异，会被按照深度信息进行处理，如图2-21所示。

图2-21：普尔弗里效应的几何结构：尽管单摆实际上位于点1，但是对于戴墨镜的眼睛而言，处理延迟使得单摆看上去位于点2。当两只眼睛的信息被同时处理时，单摆看上去位于点3。这里便产生了深度

这种解释将对深度和运动的混淆归结于该例子中的几何结构，也就是说，致使混淆的点不在大脑里，而在外界。

通过记录单独脑细胞的反应，昭之安西（Akiyuki Anzai）和他的同事们发现，对深度和运动的混淆不只是对视网膜上视觉图像做出的数学计算，这背后还有更多故事。

大部分初级视觉皮层的神经元，似乎是敏感于运动和深度这一组合信息，而对某些特定组合反应最为强烈。这些特定组合不胜枚举。这意味着，当你看见某个物体时，你在判断它与你之间距离的同时也在判断它的速度，反之亦然。视觉信息在刚到达初级视觉皮层时（也就是视觉处理的非常早期），运动和深度信息便已经绑在一起。你若感知到运动，那也会感知到深度。

之所以如此，或许是因为我们需要使用运动视差来判断深度【奥秘#22】。移动脑袋是用来判断事物远近的基本方式之一（你可以从黑颈眼镜蛇的例子上看到这一点。它们通过左右移动头部，利用运动视差来决定毒液的喷射距离）。而且，就算你只用一只眼睛，这也同样管用。

这套运动和深度的共同编码理论为普尔弗里效应提供了另一种解释，几何学味道更淡。如果你将一只眼睛用墨镜遮住，看满是雪花点的电视，你就会看见两块满是雪花点的电视屏幕。一块在另一块前面，并且一块朝左移动，另一块朝右移动。这背后的原因比较复杂，简单来说是双眼捕捉到的画面需要进行匹配，而该匹配会产生深度（立体视觉）。因为有一只眼睛戴着墨镜，所以双眼感受到的画面深度会出现偏差——看到的不是一个平面上的雪花点，而是两个——再加上深度和运动的捆绑关系，使得两块平面发生移动（朝相反方向）。

现实生活

在电视领域，普尔弗里效应可以用来创造3D效果，只要人们愿意让自己在一只眼睛前加上墨镜。这个实践起来也有难度，因为图像或摄像机需要平稳地运动来制造出持续的深度错觉。

延伸阅读

·Anzai，A.，Ohzawa，I.，&Freeman，R.D.(2001).Joint-encoding of motion and depth by visual cortical neurons：Neural basis of the Pulfrich Effect.Nature Neuroscience，4，513–518.