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「旋轉舞者」視錯覺大破解

silhouette

文/謝伯讓(謝伯讓的腦科學世界

你看到的舞者是順時針旋轉、還是逆時針轉呢??

這個旋轉舞者,是日本網頁設計師 Nobuyuki Kayahara 的傑作。有些人會看到順時針轉、有些人看到逆時針旋轉、有些人看到一半還會由順轉逆、或者由逆轉順。

不過,無論你看到什麼,這都和你的壓力、智商或慣用左腦或右腦無關。先前泛科學有一篇文章一張圖分不出你是用左腦還是右腦說明了為什麼此錯覺和使用左腦或右腦無關,但是,為什麼有些人看到順時針旋轉、有些人看到逆時針旋轉,許多人仍是不明究理。以下就來幫大家解說這個視錯覺的原理。

原因:此圖缺乏「深度」資訊

之所以有時會看到順時針旋轉、有時會看到逆時針旋轉,是因為這張旋轉圖本身缺乏「深度」(depth)資訊。因此,大腦在試圖判讀此圖的空間深度時,就會主動幫我們補上深度。而在「腦補」的時候,有兩種可能的空間深度補法,我們也就因此可能會看到兩種轉法。

那為什麼我們會說這張圖缺乏深度資訊呢?

這是因為,當真實世界中真的有個舞者在旋轉時,無論該舞者是順時針轉或逆時針轉,其身體旋轉的投影都會如上圖。因此,光看投影,大腦並沒有足夠的訊息可以分辨這個投影所對應的外在世界實體究竟是順時針轉或逆時針轉。所以,當大腦試圖要理解此投影的真實狀態時,就會依據當下的情境資訊(或者是過去的經驗)來進行詮釋,例如,如果你剛好正在想像順時針或逆時針、或者正好把注意力集中在圖中某一隻腳的某些特徵時,就有可能或看到順旋、或是逆旋(請見 以下詳細的說明)。

光學的逆源問題

如果大家覺得上述說明太抽象,那就看看以下這張圖解。之前台大心理系的陳建中教授有一篇文章圖解過這個現象,但現在網路上找不到了。所以我幫大家再畫一張:

Untitled5

在上圖中,外在世界中紅色線條的兩種旋轉方法,會在視網膜上造成幾乎相同的投影,因此,大腦很難光從投影就判斷出外在物體的原貌。這就是所謂的「光學的逆源問題」(inverse optic problem),它可以算是視覺系統面對外在世界時最棘手的問題之一。

簡而言之,「光學的逆源問題」的根源就在於:視網膜上的資訊是平面「二維」的,而這些二維的資訊並不足以建構出外在的「三維」立體世界。面對「光學的逆源問題」,大腦必須透過各種假設和捷思,來「推論」出外在世界的原貌。

例如,另一種類似旋轉舞者的「奈克方塊」錯覺,也是因「光學的逆源問題」所導致。

330px-Necker_cube.svg

上圖的奈克方塊可能是以下兩種方塊的投影。也因此,在觀看上圖時,有可能會看到以下兩種詮釋。

Untitled 2

順旋或逆旋的原因?

最後我們要問,是什麼機制決定我們看到順時針或逆時針的旋轉舞者呢?

目前為止,無人知道正確答案。比較有可能的解釋是,在腦補的過程中,如果某些訊息剛好比較強烈,就會讓詮釋整個倒向其中一方。例如,當大腿剪影旁加上白線來顯示深度時,就可以輕而易舉地改變我們的詮釋。或許,大腦在腦補時的某些「雜訊」或情境資訊也會造成類似的效果,使我們在某個時刻和情境時會比較容易見到某個轉向。

白線導致順時針轉動:

Left_spinning_dancer

白線導致逆時針轉動:

Right_spinning_dancer

結論,看到順旋或逆旋,是因為此圖缺乏空間深度資訊,大腦補上資訊時,提供了兩種可能的補法,因此讓我們可能看到順旋或逆旋。這個現象,和觀看者的壓力、智商或慣用左腦或右腦沒有關係喔。

文/謝伯讓(謝伯讓的腦科學世界)<- 臉書專頁,每週分享腦科學趣聞

延伸閱讀(我先前介紹過的另外兩種視錯覺):

1. 泛科學:〈「旋轉蛇」的錯覺原理破解〉

2. 泛科學:〈斜塔錯覺〉

參考資料:

  1. Necker, L.A. (1832). “Observations on some remarkable optical phaenomena seen in Switzerland; and on an optical phaenomenon which occurs on viewing a figure of a crystal or geometrical solid". London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science 1 (5): 329–337.
  2. Troje, N.F., McAdam, M. (2010). “The viewing-from-above bias and the silhouette illusion". i-Perception 1(3) 143-148.
  3. Zygmunt, P. (2001), Perception viewed as an inverse problem, Vision Research 41 (24): 3145–3161

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》