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斜塔錯覺

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文/謝伯讓/謝伯讓的腦科學世界

大家有沒有覺得右邊的斜塔比較斜?這是錯覺喔!

這是2007年美國最佳視覺錯覺冠軍(leaning tower illusion):只要把兩張一模一樣的斜塔照片放在一起,右邊的斜塔看起來會比較斜。

原因如下圖:根據視覺經驗,兩平行線並然會在遠端會合。而這個經驗之所以會產生,是因為當事物離我們越遠時,它在視網膜上的投影就會越小

330px-Railroad-Tracks-Perspective

畫家們早就熟知這個道理,因此在畫圖時(如下圖),就會加入「透視圖法」或「遠近畫法」,讓二維的圖畫看起來有三維空間感。

375px-DushanTappe

好,那為什麼這個經驗,會導致斜塔錯覺呢?

這是因為大腦已經把這個經驗內化成一種「規則」了!

由於大腦的重要功能之一,就是透過視網膜上的「二維影像」在心中快速建構出「三維空間感」。這個建構的過程必須越快越好!因為,人類在空間中快速穿梭能力是能否生存的關鍵。被獅子追著跑的時候,你若還在那邊慢慢地建構三維空間,那很快就會GG了。

有鑑於此,大腦就內建了一條自動且快速的基本假設(捷思):「兩平行線並然會在遠端會合。反之,兩條在遠端不會合的線必然不平行。

這捷思可以說是一條運作快速且非常強大的基本假設。它可以幫助我們快速判讀世界的三維結構。

例如,當世界中真的有如下兩條鐵道長這樣,那它們肯定是漸行漸遠的兩條不平行鐵道。

330px-Railroad-Tracks-Perspective2

回到塔的例子,當世界中真的有兩個平行的塔時,我們看到的會有如以下這張圖。

640px-Petronas_Panorama_II

反之,如果真實世界中真的有長得下圖中的塔,那這兩個塔一定不平行,也就是說,其中的一個塔一定比較斜。

640px-Petronas_Panorama_III

所以說,又是大腦太雞婆啦。

大腦很好心,幫我們做了一些捷思,但是祂犯了一個錯誤,就是沒料到自己會演化出畫畫的技巧、沒料到自己會演化出發明電腦然後修圖的無恥技能。因此,當無聊的畫家或科學家把兩張一樣的斜塔圖擺在一起時,大腦中那條預設的規則依然會自動發作,誤以為這是來自真實世界的兩個塔,那麼既然兩塔在遠端不會合,它們必然不平行。

而且,這種捷思的力量很強大,任你怎麼透過意志力來矯正,也是惘然啦。

問題一:為什麼是右邊的比較斜?

嚴格說起來,並不是右邊的塔比較斜,而是兩個塔漸行漸遠。你可以說右塔比左塔更往右斜,但你也可以說是左塔比右塔更往左斜。如果兩塔圖整個左右翻轉,你就可以輕鬆看出這個道理:

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問題二:只有雙塔會出現錯覺嗎?

不是。任何在空間中有深度延伸的圖片,只要兩張擺在一起,都會出現同樣的錯覺(下面兩條路看起來根本是要去不同的方向啊~~~):

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問題三:科學家是如何發現這個錯覺的呢?

2007年,加拿大McGill 大學的金頓教授(Frederick Kingdom)在美國最佳視覺錯覺比賽中發表這項錯覺時,我就在台下觀看(我是2006年的前10名)。後來我逮到機會問他是麼發現這個錯覺的,他說這完全是無意間發現的。他的苦命研究生當時在測試人類辨識顏色的能力,於是就把兩張完全相同、但顏色稍微修改過的圖片放在一起。剛好,其中有一組圖是雙塔, 於是這個錯覺就誕生啦。

最後,幫科宅們補一些認真的結論:

一、大腦會跟據演化和生活經驗自動作出許多預設(建立捷思、自動腦補)。那為什麼要建立捷思呢?以視覺為例,第一個原因,是因為大腦要求快速處理資訊,不能慢慢計算,所以要透過預先設立好的捷思來幫忙。第二個原因,是因為大腦從感官所接收的資訊有限,例如視網膜上只有二維訊息,想要建構出三維空間感, 就必須加入一些假設來填補不足的資訊。大部份的情況下,這些預設都能幫助我們建構出正確的世界原貌,但是在一些極端的狀態下偶而會「出錯」,於是我們就會出現「錯覺」。

二、這些錯覺展現出「認知不可穿透性」(cognitive impenetrability),也就是「憑藉意志也無法改變其結果」的意思。這個概念最早是由認知科學家柏里辛(Zenon Pylyshyn)所提出,他認為當某種認知能力夠原始、夠穩定、且已經被寫入大腦硬體之中時,這種功能就具有「認知不可穿透性」,也就是不會受到信念等其他高階認知能力的影響。

哲學家佛德(Jerry Fodor)在談到心靈模組(modularity of mind)時,也談到類似的概念,他提出的名詞是「資訊膠封」(information encapsulation):一個心智模組中的資訊是膠封的,無法被其他腦區中的資訊所影響。總而言之,就是任你怎麼透過信念或意志力來矯正,也是徒勞無功啦。

三、嚴格說起來,這個「斜塔錯覺」並不算是一種錯誤,因為如果世界上真的看起來像圖一那樣的雙塔,那其中一塔的確會是比較斜無誤。

四、即使大腦內建的預設會造成的錯覺,但這也不代表大腦很爛或大家都是腦殘。相反的,這顯示出大腦一直努力不懈的在找尋世界中的規則、並且會在找到規則後幫我們建立捷思。捷思建立的越多,我們就能夠騰出越多的腦力來面對其他更重要的不規則突發事物。

所以,大家要好好感謝一下自己的大腦啊!

 

參考資料:

  1. Kingdom, F. A. A., Yoonessi, A. & Gheorghiu, E. (2007). The Leaning Tower illusion: a new illusion of perspective. Perception, 36, 475-477.

延伸閱讀:

註:更多大腦的秘密,請參考謝伯讓的《都是大腦搞的鬼》。

關於作者

謝伯讓

美國達特茅斯學院認知神經科學博士,麻省理工學院腦與認知科學系博士後研究員。現為杜克–新加坡國立大學醫學研究院助理教授、腦與意識實驗室主任,研究主題為人腦如何感知世界。 部落格:The Cry of All。 微博:http://www.weibo.com/brainscience。新書:《都是大腦搞的鬼》《大腦簡史》