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视觉认知:为什么我们看不见真实的世界添加时间:2023-08-24
1. 佛陀早都说过,每个人所说的世界,都是每个人自己作业派生的世界,一切都是因缘和合则生,因缘消散则灭。我们看不清世界,我们看到的都是自己大脑中的世界;2. 科学如何解释:我们看到的世界是扭曲的世界;3. 格物致知:探究事物原理,从而获得知识。学习越多,了解越多,离真相越近。

文献可参考:link.springer.com/artic

(本文4255个字,阅读需要10分钟)

话不多说,咱先看图:

视错觉:树木还是老虎?

仔细看这一幅图:

1. 从左往右的第一幅图,首先认为它是树林中的一棵树;

2. 再仔细看第二幅图,尤其是将手机屏幕拉远来看,它像老虎了;

3. 再仔细看第三幅图,手机屏幕拉近一些看是树木,拉远一些看是老虎。

那到底是树木还是老虎呢?有人说这个既是树木也是树木“构成”的老虎,甚至有可能就是老虎。其实在这里,大家的观点都没有错。但是问题来了,你要把这幅图给没有见过老虎的小孩看,他们怎么样也不会认为这是老虎,只会认为这就是简单的树木。因为,在小孩的记忆中,并没有“老虎”这一先验知识。这个例子很简单的体现了,被认为是树木亦或者被认为是老虎,这完完全全取决于我们的“视角”和“经验”,我们将“树木”或者“老虎”的先验想法投射在这幅图之上了。

同样,我们可以再来看看下面这幅图:

视错觉:两个头像还是蜡烛底座,是高贵的女士还是妇人?

1. 从左往右看第一幅图,你可以认为它只是一个底座,也可以认为是两个人正在面对面看着;

2. 第二幅图,你可以认为她是一位高贵的女士,也可以认为她是一位普通的妇人。

所以,我们能看到什么并不完全是由我们眼前的事物所决定,而是由我们大脑当中储存的知识与现在的“所见”相匹配,然后再得出自己所认为的结果。

因此,《心经》是这样解释的:“...色不异空,空不异色;色即是空,空即是色”。实际上说的含义大致是:你所看见的物质世界其实是你的精神世界,你的精神世界,也就是你以为的物质世界

难怪了,弗洛伊德的“精神分析”也有类似的解释:你的所见所闻,亦或是你对某件事的感受,其实都会是你内心的投射和缩影。你先有的经验和知识,然后将它投射在你所见的物体之上。比如说我再举个例子,你到超市去买东西,并且现在心情非常的不好。然后呢,看到收银员给你使了个脸色,你立刻可能会认为这个收银员对你有敌意,但实际上这个收银员有可能是跟窗外的朋友打招呼,也有可能是收银员无意中看了看你,也有可能是其他的事情。之所以会立刻认为收银员有敌意,而不是其他的几种情况。表明了你所见到收银员的“敌意”,实际上可能不是客观事实,而是你将自身的愤怒的负面情绪投射在收银员的行为之上。

佛陀说,每个人所说的世界,都是每个人自己作业派生的世界,一切都是因缘和合则生,因缘消散则灭。我们永远看不到真实的世界是怎样的,我们所说的世界就是自己的世界,我们看到的世界也是我们大脑里的世界。

心地善良之人,可能认为这个世界是阳光美好而生机勃勃的;经历磨难的人,可能认为这个世界是黑暗险恶而勾心斗角的;还有些人,可能认为世界是对立统一的,有黑暗就有光明,有勾心斗角就有合作共赢。

世界就在那里,但是每个人看到的只是自己需要的世界,我们都被禁锢在自己的世界里

那么科学是如何解释的呢?我们来看看Springer上的一篇文章"Neural mechanism of visual information degradation from retina to V1 area" (Zhong, H., Wang, R. Neural mechanism of visual information degradation from retina to V1 area. Cogn Neurodyn (2020). doi.org/10.1007/s11571-),可以找到科学的答案。

作为人类最重要的感知系统,有80%~90%的外界信息都是通过视觉系统的处理而传入大脑,这些视觉信息可以细化为亮度,边缘,形状,运动颜色和深度视觉等等。我们人类的视觉系统示意图是这样的:

视觉信息传入大脑视觉皮层的示意图

其实在这个客观世界(the real world)当中,太阳的光线照在各种物体上,有些波长的光会被物体吸收,有些波长的光会被物体反射。这一部分波长的光因反射而传到眼睛里,视觉系统将识别出这一部分光当中的可见光,还有一部分的光线即使到了你的眼睛里,但是你也识别不了它,这就是不可见光。这些物体反射的光线(已经是自然光线的一小部分了),其中也包含了大量的视觉信息,大概有 10^{10}bits/sec 的信息可以被眼球中的视网膜(retina)保存下来(下图左一),但是由于神经轴突数量的限制(也就是受到“生物硬件”的限制),且拓扑映射中存在的卷积的计算方法(与计算机视觉中的“卷积神经网络”类似)。所以,只有 6\	imes10^{6}bits/sec 的信息将会离开视网膜(下图左二),最后只有 10^{4}bits/sec 的信息可成功到达大脑初级视皮层(V1)(下图左三)。所以,这些实验数据非常清晰地告诉了我们,你所看到的栩栩如生的世界,包括一花一叶,其只有极少极少的一部分视觉信息可以到达我们的大脑视觉皮层,大部分的信息都被视觉系统“舍去”了。因此,这个就是视觉信息在视觉系统传递过程中的“衰减”(degradation)现象。

把以上描述,用简单的示意图来表示:

其实人眼分辨率很低,你看到的像是模糊的,就像此图右一

图中左一,清晰无比,栩栩如生,这是我们认为我们看到的图像。其实不然,真正视觉信号传递到大脑皮层的应该是图右一,即我们看到的实际图像应该是右一。

通过解剖学原理,我们建立以下的模型:

视觉模型

然后,我们利用这个新颖且原创的模型,做了3个不同场景的实验,都得出了几乎一致的结论:

视觉模型得出的结果:你看到的物体(左边三张图),是你的大脑将右边三张图里“残缺”的信息脑补出来的结果

无论外面的世界多么五彩缤纷,真正的情况是,我们并不能获取太多的信息,我们肉眼分辨率并不高。我们看到的世界,仅仅是整个世界十分“残缺”的一部分。就像下面的曲线一样:

受到生物“硬件”的限制,视觉信息真正到达视觉皮层会历经大幅度“衰减”的过程

整个曲线呈现急剧下降的趋势。它说明了,我们的视觉皮层只能接受外部客观世界十分有限的一部分。我们大脑的任务,不仅仅是接受这些“残缺”的信息,更是将如此残缺的信息“脑补”完全。

这篇论文告诉我们:

1. 我们是如何去观察这五彩缤纷的世界的呢?答案是,我们首先会去找这个世界的“特征点”。何谓“特征点”,比如说,你有个朋友,个头很高,体态很胖,还经常穿花里胡哨的衣服。这些都是“高”“胖”“花里胡哨的衣服”都是“特征点”。我们识别了这些特征点之后,大脑就开始“脑补”了。我们的大脑,硬生生的将这些“特征点”,自动填充成我们想要的画面。就像开头的那个例子,我们硬生生的将树木填充成了老虎一样,将实验中的Boeing747的轮廓,脑补成了你认为你看到的那个飞机,等等;

2. 我们大脑因为这样的“衰减”机制,让我们才有更多的能量去处理其他任务。然后,这种视觉处理的“脑补”机制,体现了大脑活性的能量最小化原则,我们消耗最小的能量,可以使得视觉信息传递效率最大化。最后,大脑再继续加工处理得到最完善的视觉“画面”。

看来,《心经》没有骗我们,“精神分析”说的也对:你眼中的世界(是经过你的大脑“脑补”之后的世界),其实反应的是你心中的世界。

既然科学研究已经表明了,在我们看到的现实世界中,有九成以上的视觉信息都是依据自己的经验进行的“脑补”。由此可见,大脑平时积累的经验素材越少,看到的信息就会越“不可靠”和“不客观”,远离“真相”,远离“真实世界”。

讲到这里,可能你就会问我应该如何增加大脑的经验素材。我们拥有经验越多,那么我们对世界的某个部分就会有独特的见解,那么也就意味着你抛弃了世界的其他可能性。所以我们再怎么认知,也只能看到世界的一个或数个表面,也许这就是生物的进化本质?我们看的书越多,经历的越多,我们大脑的素材就会变得越发丰厚。以前有一个示意图,去描述本科、硕士和博士之间的关系,本科相当于是一个面,这个面很宽广,什么课程都学习。硕士代表了一条线,这条线相对于面来说,已经变得更为的小,更为的精。而博士研究的是一个点,这个点会无限的深,但是也会造成,顾及了一个点而放弃其他点的情况。也许这就是生物进化:我们会朝着一个自己深信不疑的“点”不断地前进

总之不能停下自己的脚步,不能禁锢在自己的“舒适圈”内,否则很难跟上现在这个世界的发展。需要将我们大脑内的经验和素材不断的更新,来适应当今社会的发展。我们也许永远都不会发现这个世界的真实模样是怎样的,但是我们要保持前进的步伐,因为这个社会还是遵循“适者生存,不适者淘汰”的“简单粗暴”的自然法则。

我想起了我们学校档案馆一楼的4个字“格物致知”,这也许能够指导我们如何接近“客观”:那就是推究事物的原理,从而获得知识。这也许和我们大脑的视觉机制有一定的关联吧,因为推究事物的程度越深,看事物的面越多,才能减少自己的“脑补”,从而得出的规律是更客观的。如何去参透事物的本质,就是通过不断的学习,让自己的大脑当中的经验和素材无限接近事物的本质。

如何训练自己的思维模型,我本来还有很多要分享,但是限于篇幅,就到这里吧。说到这,我突然想起一句诗,“春风得意马蹄疾,一日看尽长安花”,马蹄可能并没有比平时更快,长安花可能与平时也没有什么不同,但文字中寄托(脑补)了作者的情感。

因此,在当今世界疫情爆发期间,人们遭受了空前的困惑与苦难。我也想借用“诗仙”李白的诗,来寄托我的情感:“长风破浪会有时,直挂云帆济沧海”。

文中所涉及的参考文献:

摘要:视觉神经系统的信息处理机制,是一个长期以来一直困扰着神经科学家的悬而未决的科学问题。其中视觉信息在进入视网膜之后到达视皮层时会产生大幅的衰减,但却丝毫不影响我们对外部世界的视觉认知。此前我们不清楚视觉信息大幅衰减的神经机制。

为此,本研究依据Marcus E. Raichle所总结的实验数据,从视网膜光感受器的模型出发,研究视觉信息投射到初级视觉皮层V1区时视觉信息大幅衰减的神经机制。

研究结果表明,当视觉信号在由低级向高级的分级处理过程中,视觉信息在突触可塑性的支配下以卷积的计算方法来提取图像边缘特征,这种视觉处理的特点是以数据量的大幅度衰减为代偿的。这种代偿机制不仅与Marcus E. Raichle所总结的实验数据相匹配,也充分体现了大脑运作的能量最小化原则信息传输效率的最大化原则。这项研究成果为今后揭示视觉神经系统的信息处理机制奠定了坚实的基础。

doi.org/10.1007/s11571-

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