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大腦帶我們看見真實世界嗎?

Jacky Hsieh
・2012/05/02 ・1758字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 481 ・五年級

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你曾注意過嗎?當你緊盯著眼前的電腦螢幕時,你的注意力仍可以轉移到不是你眼睛直視的地方?

認知科學家形容注意力像是可移動的聚光燈,照亮它聚焦的地方;或形容它為照相機的變焦鏡頭,聚焦處有清晰的畫面。這樣的形容很常見,因為聚光燈和相機鏡頭都直覺地描述注意力「照亮區域」或「拍得銳利」,也才讓我們清楚地接收看到的東西。一些早期的重要發現提供了證據:

紐約大學的心理學家Marisa Carrasco的實驗發現,注意力所及的區域視覺接收得較銳利清晰(Carrasco et al, 2004):在一個畫面上同時出現兩個明暗度(清晰度)不同的正弦波紋理圖(如左圖),但在紋理圖出現之前,其中一個紋理圖的位置會出現擷取你注意力的信號,而受試者必須回答他認為其中一個較清晰的紋理圖的傾斜方向。實驗結果發現有信號先出現的紋理圖被受試者認為較為清晰,即使它的物理性質是較不清晰的;換句話說就是,即使該紋理圖的本身是較不清晰的,但因為注意力先被轉移過來而變清晰了,這跟相機上的變焦鏡有異曲同工之妙!

Carrasco的實驗室也接續發現,不僅是清晰度,注意力也提升了我們對顏色飽和方向速度的感知。這些研究的共同結論是:注意力集中的區域,使得接收到腦中的視覺資訊更加完整清晰。

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然而,也有一些研究瓦解了注意力總是提升資訊接收的直覺概念,甚至可能會扭曲視覺感知的內容。西北大學的Satoru Suzuki 和哈佛大學的Patrick Cavanagh 的實驗用兩條平行線段上下排列(一條在另一條之上)要受試者區辨上面的是在下面的那一條的左邊或是右邊。在平行直線出現之前,會快速閃現一個擷取你注意力的信號,而這個信號會把平行線推往反方向。(Suzuki & Cavanagh, 1997) 舉例來說,在兩條平行線(如右圖)出現之前,若在右上角先快速閃現一個擷取你注意力的信號(Single Cue),便會讓受試者以為兩條對齊的平行線上面那一條往左邊偏,彷彿增加了Cue本身與上半部線段的距離;如果右上和左下角各出現一個(Double Cue),會讓兩條對齊的平行線看起來分離得更遠。研究者稱著個現象是attentional repulsion effect。

Suzuki & Cavanagh引用Connor等人在1996年的神經科學研究,說明在這一小段移動注意力的過程,在邊緣Cue所屬的神經元的receptive fields往原本注意力集中的方向移動。舉例來說,如果你緊盯著一瓶水,而注視這瓶水的receptive fields通常會比這瓶水本身的範圍來得大,大腦就會處理到水瓶以外邊緣一些範圍的資訊,而這也表示處裡的神經元比「只看這瓶水」所需的神經元來得多,對於水瓶這個空間的資訊就會被「放大」,這也說明為什麼如果此時周遭有一個新的物體,看起來會比實際上的遠一些。

一個近期的研究指出,這個理論比原本提出的理論更複雜。Ono等人(Ono & Watanabe, 2011)的實驗與Suzuki & Cavanagh大致相同,唯獨Cue會在平行線後出現(也就是把Cue和Vernier的順序對調)沒想到在這樣的情況得到類似卻相反的結果──在線段之後出現的Cue使得線段看起來比實際還偏向他,研究者稱它是attentional attraction effect。

事實上,這樣的結果似乎也表達,在視覺區間注意力重新定義了物件與物件之間的位置關係。(Liverence & Scholl, 2011)他們的實驗讓受試者注意兩個特定的圓形(目標物)在兩個類似目標物的圓形(干擾物)中移動(multiple-object tracking task),並在數秒之後重新定位它們的最後顯示位置。實驗結果發現,受試者所定位的兩個目標物比實際上的接近,而定位的兩個干擾物則比實際上的遠。也就是注意力同時壓縮了目標物與目標物間的距離(如果兩目標物彼此attract),以及延展了干擾物與干擾物間的距離(如果兩干擾物彼此repel)。這個結果似乎指出--因為我們所見總是離不開把注意力放在空間與物件之間--我們總是看到的與實際不符。這似乎是個哲學難題,我們看到的是真實反映實際情況的世界嗎?

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這些研究提供了一些想法關於我們對注意力為「變焦鏡」的形容:雖然注意力像是聚光燈使得我們得以接收資訊,但他應該也是一個「不真實的變焦鏡」──既讓我們看見的世界銳利,也讓它變形。

資料來源:『Scientific American』:『The Secrets of Your Brain’s Zoom Lens』[17 April 2012]

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Jacky Hsieh
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中大認知所碩士。使用者經驗工程師。喜歡寫東西分享。

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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掌控注意力與動機:終結找不到東西的困擾!——《記憶決定你是誰》
天下文化_96
・2024/08/03 ・1563字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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為什麼我們總是找不到鑰匙?

讓我們想像一個日常中會發生的情況。你下班回家,用手機確認電子郵件,同時把鑰匙插入鑰匙孔,打開大門。你踏入家中,家裡那隻不久前才認養、還沒訓練好規矩的好動小狗撲過來,纏著你跳來跳去,搞得你身上沾滿狗兒的口水。

你聽到女兒的房間大聲傳出卡加咕咕樂團(Kajagoogoo)的歌曲,一小段極易琅琅上口的重低音合成流行音樂鑽進你的腦門。你疲憊的走進廚房,裡面有股腐臭味,告訴你昨晚忘記把垃圾拿出去。然後,忽然一個抽痛,提醒你要冰敷幾週前扭傷的腳踝。

現在,不要轉頭,試著回想你把鑰匙放在哪裡。如果你想起自己把鑰匙留在鎖孔上,那很好,但如果實在想不起來,你也並不孤單。你可能只是被太多事情轉移了注意力,一旦有一大堆訊息襲來,我們對單一事件的記憶會變得混亂。

有時候就是無法想起自己將物品放在哪裡。 圖/envato

更糟的是,當我們試圖回想自己最後把鑰匙放在哪裡時,會一一過濾各式記憶,包括自己以前曾放置鑰匙的所有地方,以及我們把鑰匙放在各個地方的各種不同情況,不管那些事件是發生在昨晚、上個星期,甚至去年。會有很多這樣的干擾,所以諸如鑰匙、手機、眼鏡、皮夾,甚至車子等常用的東西,我們經常忘記它放在哪裡。競爭的記憶那麼多,能夠記住這些東西放在哪裡才奇怪。

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破解記憶混亂:注意力如何幫助你記住重要細節

試著把記憶想像成一張桌子,上面雜亂的放滿皺皺的紙片。如果你把網路銀行的密碼隨手抄在這種紙片上,要重新找到這張紙片,不僅需要耗費一番努力和運氣,同時也在挑戰你的記憶力。這類經驗就像艾賓浩斯努力背誦的無意義三字母組,要找到當下所需的正確記憶,難度會不成比例的增加。

但如果你把密碼寫在一張亮眼的桃紅色便利貼,要找到就變得格外容易,因為桃紅色便利貼會從桌上所有其他紙片之中凸顯出來。記憶以同樣的方式運作。愈特殊的經驗愈容易記得,因為它會從所有其他記憶裡凸顯出來。

愈特殊的經驗愈容易記得,就像一張亮眼的便條紙。 圖/envato

那麼,要如何使記憶從我們堆滿雜亂事物的腦袋中凸顯出來呢?答案是「注意力」和「動機」。利用注意力,大腦能把我們看到、聽到、想到的事情提高優先順序。我們隨時都可能把注意力放在四周的諸多事物上,而環境裡發生的事情常常會吸引我們注意。

在前面描述的假想情況中,你的注意力可能短暫的放在鑰匙上,接著注意力就被門打開後遇到的許多事情給轉移。即使你留意著應該記住的重要事物(一小時後得去機場接妻子,你需要那串鑰匙,否則會遲到),也不見得能幫你建立特殊的記憶,足以對抗各式各樣吸引你注意的干擾(好動的狗、廚房裡的垃圾臭氣,或女兒房間傳出的樂團聲音)。

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這就是「動機」登場的時候了。你需要利用動機來引導注意力,讓注意力鎖定在某個特定的事物上,好製造一個之後能找得到的記憶。下次你放下鑰匙這類經常找不到的東西時,花一點時間專注在當時和當地的某個獨特事物,例如檯面的顏色,或鑰匙旁邊那疊未拆封的信件。只要一點點專心的動機,就能對抗大腦忽略日常事件的天性,建立較為明顯的記憶,如此便有機會戰勝那些干擾的喧囂。

——本文摘自《記憶決定你是誰:探索心智基礎,學習如何記憶》,2024 年 7 月,天下文化,未經同意請勿轉載

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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一摸就知道?人天生就可以辨識摸到的東西是什麼形狀嗎?——《為何三歲開始說謊?》
親子天下_96
・2023/09/17 ・1914字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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人類天生可以連結視覺與觸覺經驗

這組研究團隊,是由法國的發展心理學家阿萊特.史翠麗(Arlette Streri)所領導。史翠麗的實驗室特色,就是使用嬰兒進行認知研究。值得注意的是,她們研究的不是一般的嬰兒,而是剛出生僅僅數十個小時的「極新」嬰兒。至於為什麼要使用這麼小的嬰兒,讀者應該也已經猜到原因:因為嬰兒的學習能力又強又快,只要一接觸這個世界,嬰兒的學習就已經開始。所以如果要回答涉及先天或後天的爭議問題,自然是使用愈小的嬰兒愈好。

為了回答莫里內的問題,史翠麗找來了二十四位出生不到五天的小嬰兒,她想知道,小嬰兒在僅透過觸覺感受過某物體的形狀後,能不能改用視覺辨識出同一個形狀的物體。她在實驗中,讓小嬰兒用右手抓握物體(並確保小嬰兒看不到該物體),其中有些小嬰兒抓握的是一個三角形的物體,另一些小嬰兒則是抓握一個圓柱形的物體。在抓握物體後,小嬰兒的眼前會出現兩個物體(一個三角形物體和一個圓柱形物體;其中一個是剛剛抓握過的物體,另一個是不曾抓握過的物體)。結果發現,小嬰兒對於不曾抓握過的物體,會有較久的凝視時間(Streri and Gentaz, 2003)。

為了驗證人類是否天生就能連結視覺與觸覺經驗,史翠麗找了二十四位新生兒來做測試。圖/Pexels

這項發現,看似給了莫里內問題的正方經驗論者一記重擊,因為實驗結果發現,小嬰兒在出生後短短五天內,好像就能將眼前的視覺形狀和抓握時的觸覺形狀連結在一起。而且嬰兒的這項能力,似乎不是透過學習而來,因為在嬰兒剛出生的這五天內,幾乎不可能摸過和看過實驗中所使用的三角形和圓柱形物體。

然而,這項結果仍然有人不服。比方說,經驗論者可以提出質疑:雖然嬰兒在出生後的五天內可能沒有看過三角形與圓柱形物體,但是他們可能已經透過其他方式學到了觸覺與視覺之間的局部緊密關聯性。例如嬰兒在剛出生時,就會不斷的揮手踢腳,他們不但可以看到自己的手部形狀(張掌或握拳),也可以透過觸覺去感受自己的手指、拳頭和指甲的形狀和感觸。這些基本的視覺與觸覺感受,可能就足以讓小嬰兒學習到尖銳與圓滑物體之間的視覺與觸覺差異,並因此導致上述的實驗結果。若真是如此,那麼這項實驗結果就無法拿來回應莫里內的問題,因為小嬰兒可能早在實驗前就已經學到觸覺與視覺之間的關聯性了。

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天生盲人恢復視力後的視覺認知狀態

由於史翠麗的實驗仍有瑕疵,因此無法對莫里內的問題給出一槌定讞的結論。不過在二○一○年左右,另一項契機開始逐漸浮現,而其中的主角,就是麻省理工學院的帕萬.辛哈教授(Pawan Sinha)。

帕萬.辛哈教授(Pawan Sinha)。
圖/美國在台協會 AIT

辛哈是美籍印度裔的知名視覺神經科學家,是我相當敬重的一位視覺科學前輩。他的實驗室,就位於我當年在麻省理工學院研究空間的隔壁,我也因此常有機會聽到辛哈和他的實驗室同仁談及研究計畫和成果。辛哈早年的研究主題,著重於人類大腦如何透過視覺進行學習,他在一九九九年剛到達麻省理工學院的腦與認知科學系任教時,仍不太確定自己該如何做出突破性的研究,但是在一次回印度探親的旅程中,他發現了一個可以同時在科學與社會福祉都有所貢獻的研究機會。

在印度,每一百個人中就有一位是盲人,而且印度孩童的失明比例還比西方國家高出三倍,其中很多孩童是先天性白內障,因為偏鄉缺乏醫療資源而導致失明。這些失明的孩童,一般都會經歷痛苦的人生。根據統計,印度失明孩童的受教育和受雇機率不到一○%,平均壽命也比一般孩童要少十五年,孩童時期的死亡率更是超過五○%。

在明白印度失明孩童的困境後,辛哈立下一個心願,他想透過自己的研究計畫來幫助這些孩子,並且同時進行有意義的科學實驗。就在這樣的背景下,他開始推動「光明」(Prakash)計畫,希望能在印度各地找出先天性白內障的孩童,幫他們免費進行白內障切除手術,然後同時研究他們恢復視覺後的認知與大腦變化。而辛哈的義舉,也讓爭論長達三百多年的莫里內思想實驗,出現了近乎完美的真實實驗契機:讓看不見的盲人恢復視力,然後檢視其視覺認知狀態,這不正是莫里內問題的初衷嗎?

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——本文摘自《為何三歲開始說謊?》,2023 年 7 月,親子天下出版,未經同意請勿轉載。

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親子天下_96
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