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為何不能左右眼各看一本書?雙眼之間視覺意識的平衡

林雯菁
・2017/05/05 ・2090字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 524 ・七年級
德拉·波爾塔(Giambattista della Porta) source:Wikipedia

我們今天所熟知的義大利版圖中長統靴的下半部、義大利半島的南部,在歷史上有一段時期,其實是所謂的那不勒斯王國。十六世紀時,那不勒斯有位博學家德拉·波爾塔(Giambattista della Porta),舉凡天文學、數學、天氣學、煉金術、神秘的自然現象等主題他都略知一二。

為了能更有效率地吸收更多知識,這位大哥想到了一個妙招:同時讓兩隻眼睛各看一本書1。既然平常都用兩隻眼睛來閱讀,如果左眼在看一本書的同時讓右眼看另一本書,不就可以省下一半的閱讀時間嗎?!

德拉·波爾塔可不是嘴巴上說說而已,他還真的付諸行動拿了兩本書分別放到自己的兩隻眼睛前試了起來。結果他很驚訝地發現這招根本行不通,雖然兩眼明明同時在看書,但他本人一次只能「讀到」其中一本書的內容,一下子是左眼那一本,一下子又變成右眼那一本,無法同時讀到兩本書的內容。

這個現象正是所謂的雙眼競爭(Binocular rivalry)。絕大部分的日常生活當中,我們的左右兩隻眼睛各自看到的畫面只會有極為微小的差異,而我們的大腦會將兩個畫面融合為一體,所以雖然我們有兩隻眼睛,但看到的卻一個世界。但在特殊情況下,當兩隻眼睛所看到的畫面內容差異極大時,大腦並不是把兩個風馬牛不相及的畫面融合成單一一個無意義的畫面,而是讓兩個畫面輪流出現在我們的視覺意識中。於是在德拉·波爾塔的例子中,他才會一會兒讀到左眼在看的書,一會兒讀到右眼在看的書。

當雙眼同時接收不同訊息的時候,會有雙眼競爭的現象,觀察者不會看到兩種圖像的混合,而是經歷兩種圖像不規則的交替。source:Wikimedia

當雙眼競爭的情況出現時,我們基本上有一半的時間會察覺(或意識)到左眼接收的訊息,另一半的時間則察覺到右眼所接收的訊息。不過,要想改變這個左右兩眼意識各半的平衡,其實並不難。

一個簡單的方法就是把一隻眼睛以可透光眼罩遮住一段時間,待眼罩拿掉之後,我們所能察覺到的畫面將不再是左右眼各佔一半的時間,而是會以先前被遮住的那隻眼睛為主。

把一隻眼睛以可透光眼罩遮住一段時間,待眼罩拿掉之後,我們所能察覺到的畫面將不再是左右眼各佔一半的時間,而是會以先前被遮住的那隻眼睛為主。 source:中二病でも恋がしたい!公式網站

最先發現這個現象的義大利研究團隊2,讓實驗參與者戴著單眼眼罩150分鐘,眼罩拿掉之後再引發雙眼競爭來觀察參與者察覺到哪一隻眼睛的時間比較多。結果在眼罩拿掉後15分鐘內,參與者有93%的時間都只察覺到先前被遮住的那隻眼睛所看到的畫面。雖然這個比例在15分鐘後略微降低了一些,但這個不平衡的現象竟維持了90分鐘之久!另一個團隊的實驗結果顯示3,只要戴眼罩15分鐘之後就能觀察到這個效果,不過效果的持續時間也相對的較短(4分鐘)。

另一個讓這個不平衡現象出現的方法是利用持續閃現抑制研究派典4(continuous flash suppression research paradigm)。持續閃現抑制派典,經常被用在視覺意識研究領域中,因為它能夠讓你明明盯著眼前的東西看,卻在主觀上意識無法察覺到你正盯著看的東西。

source:Pietro Zuco

如同這個研究派典的名字——持續閃現,實驗參與者的一隻眼睛前所呈現的是一張靜止的圖片,比如一幀房子的照片,但另一隻眼睛前所呈現的是一張又一張快速變換的幾何圖形所構成的圖片。在這種情況下,參與者幾乎無法意識到自己見到了房子,只能意識自己看到了不斷閃現的幾何圖形圖片。房子的照片在這裡只是一個例子,我們可以換成別的內容,比方說蛇的照片。這個情形下,蛇的影像確實傳入了參與者的腦中,但他們會說自己並沒有看到蛇,研究者就可以觀察人類在無意識的狀態下,大腦如何處理「蛇」這種令人充滿恐懼的影像。

在持續閃現抑制研究派典中經常使用這一類型的圖片。這種由幾何圖形組成的圖片稱為 Mondrian patterns,實驗中參與者有一隻眼睛看的是靜止的畫片,另一隻眼睛看的則是不停變換、一張接一張的這種圖片。圖片取自Tsuchiya& Koch (2005)。

利用持續閃現抑制派典3,研究者讓參與者的一隻眼睛盯著一張靜止的低對比黑白圖片,另一隻眼睛盯著快速變換的彩色圖片(變換頻率為10赫茲),如此持續15分鐘。結束之後的六分鐘內,參與者多數的時間都只察覺到先前盯著靜止圖片的那隻眼睛所見到的畫面。當研究者把持續閃現抑制的時間縮短至3分鐘時,依然可以觀察到這種雙眼視覺意識不平衡的現象,而且時間長達2分鐘。

所以不管是遮住單眼,或是利用持續閃現抑制派典,都能改變兩隻眼睛之間的平衡。這個現象的重要性之一,在於其指出了在大腦之中,兩隻眼睛並非兩個全然互不往來的部件5。即使只對一隻眼睛動手腳,即使時間短暫,雙眼視覺的各項平衡都會隨之而產生變化。

參考文獻:

  1. Wade, N. J. Descriptions of Visual Phenomena from Aristotle to Wheatstone. Perception (1996). doi:10.1068/p251137
  2. Lunghi, C., Burr, D. C. & Morrone, C. Brief periods of monocular deprivation disrupt ocular balance in human adult visual cortex. Curr. Biol. 21, R538–R539 (2011).
  3. Kim, H.-W., Kim, C.-Y. & Blake, R. Monocular Perceptual Deprivation from Interocular Suppression Temporarily Imbalances Ocular Dominance. Curr. Biol. 27, 884–889 (2017).
  4. Tsuchiya, N. & Koch, C. Continuous flash suppression reduces negative afterimages. Nat. Neurosci. 8, 1096–1101 (2005).
  5. O’Shea, R. P. Adult Neuroplasticity: Working One Eye Gives an Advantage to the Other. Curr. Biol. 27, R230–R231 (2017).

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林雯菁
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英國倫敦大學學院(UCL)認知神經科學博士。《Wen-Jing的科學文獻報告》


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一生可以聆聽的聲音總量是註定的?戴上你的聽力計算機!

雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/05/17 ・3915字 ・閱讀時間約 8 分鐘
  • 文/黃上維 聽力師|雅文兒童聽語文教基金會

「早上跑了五圈操場,晚上吃個雞排加珍奶應該還好吧……」、「昨天買了一雙限量版精品鞋,這個月就不吃晚餐了……」,生活中充滿算數題,來決定我們的生活習慣與行為,其實,在聽力學領域中,也有類似概念哦!聽的刺激不夠,聽覺系統解析的功能會逐漸衰退;聽的刺激太多,聽覺系統也會感到疲勞或損傷。到底聽多少,才能剛剛好?今天就帶你揭密聆聽的守則。

世界衛生組織(World Health Organization,WHO)統計全球已超過 5% 人口有失能性聽力損失。然而,多數聽力損失可被預防,調查發現將近 50% 的年輕人使用過高的音量聆聽個人音訊設備,約 40% 經常去娛樂場所的人(包括演唱會、運動賽事)則暴露在過久的高音量下[1]。 WHO 為此著手訂定「安全聆聽」的保健策略,如同醫師及藥師給藥時會算劑量,安全聆聽需要計算聲音暴露容許量(sound allowance)。

聽得「過久」或「過大聲」都會造成傷害

聲音是一種能量,基於相等能量原理(equal energy principle),無論能量在時間上的分佈如何,相同聲能的聲音會造成一樣的永久性聽力變化,表示「長時間聆聽較低的音量」會產生與「短時間聆聽非常的大音量」相同的影響。

WHO 提出兩種標準,均以七天作為一周期[2]。當聲音能量加倍(以 3 分貝為級距),容許的時間要減半,如下圖所示,健康成人適用一般標準;「兒童、耳毒性藥物服用史」等對噪音更為脆弱的族群則適用敏感標準,其將風險起始點下修至 75 分貝(dBA)的聲音每周聆聽 40 小時。此外,視障、認知困難者及老年人,考量聽力一旦損失,對其產生的負向影響將更大,也應選用較嚴謹的標準[3]

WHO 聲音暴露容許量。分貝越高,容許時間越少。圖/作者,製作自參考資料 2

聽起來不難嗎?生活中的聲音有多大聲

當我們在身處安靜室內,隔著一張桌子與朋友聊天時,說話音量的分貝就已經有 55-60 分貝(dBA);此時若環境變得吵雜,我們也會不自覺提高說話音量,分貝來到 65 分貝,如此可見生活中的大聲音是無所不在。美國 3M 公司團隊針對超過 1700 種職業、娛樂、社區等噪音源進行實際量測或整理文獻,發表了各項分貝數值[4],本文整理生活常見情境,並將分貝範圍達 75 分貝以上者,標為警示音量。

常見聲音音量分布。淺色底表示範圍,深色底表示平均值。圖/作者,製作自參考資料 4

現在我們來將分貝數對應 WHO 的「成人聲音暴露容許量」,以果汁攪拌機為例,平均音量是 82 分貝,一周應避免超過 25 小時的從旁聆聽,這似乎是件輕鬆的事!(除非你家開果汁店那就另當別論);然而交通機車噪音平均達到 98 分貝,一周應避免超過 40 分鐘的騎乘,對被譽為「機車王國」的台灣而言,似乎就沒有那麼容易。

隱形聽力殺手:環境噪音及娛樂噪音

交通機車噪音除了來自周遭車輛與自體引擎外,氣流吹向安全帽框所產生的風切聲(wind noise)也是一來源,因此噪音量與車速、安全帽種類都有關。早在 30 年前就有研究發現,當騎乘車速約莫每小時 50 公里,佩戴全罩式安全帽的耳邊噪音量較高,為 95 分貝、佩戴 3/4 罩安全帽的耳邊噪音量較低,為 89 分貝;隨著車速提高至約莫 80 公里,兩者分別上升至 103、98 分貝(Ross B.C. , 1989)。看來,機車族不僅要思考哪種安全帽可以保護頭部安全,還得思考該如何在騎車時也保護耳朵的健康。

騎個車也可能會讓自己過度暴露在噪音中?圖/pexels

此外,隨著 3C 產品與藍芽技術推層出新,聽穿戴科技(hearable tech)結合音樂通話、健康追蹤、導航等需求,已成為「人耳兩機」的時尚趨勢,但常見智慧型手機連接耳機的最大輸出音量高達 113.1 分貝[6],當我們使用耳機聆聽,更應當留意音量大小,特別是周遭環境較吵雜時,若為了蓋過捷運、鐵路等交通噪音而不自覺加大音量,結果恐怕得不償失。

「相等能量原理」不是算命神器,你的聽力也要靠自己努力

噪音性聽損實為多重致因、複雜表徵的疾病,不單與聲音大小有關,也不單只損害「察覺」聲音的能力。首先是個體的易感性(susceptibility),基因變異或高血脂將使個人對噪音的暴露更脆弱,而營養均衡的飲食或自體生成的熱休克蛋白(能維持細胞活性、幫助細胞修復的蛋白質)則可提高個人的保護力[7][8];再者是細胞損傷的針對性,噪音導致的暫時性聽損雖有機會恢復,但長期來看恐加速與老化相關的聽損,且噪音對聽覺神經結構的破壞,將使「分辨」聲音的能力也退步[9]。因此雖單靠相等能量原理難以完美詮釋終身的噪音危害,但作為基礎的估算仍有其價值。

善用工具!落實安全聆聽

為了盡可能減少噪音性聽損的風險,許多防音防護具(hearing protection devices)已經上市,除了一般通用的耳塞、耳罩,依照不同款式與材質、正確配戴與否,所能帶來的噪音衰減評比值(Noise Reduction Rating,NRR)在 0-35 分貝間[10];臺灣亦有不少助聽器公司,能由專業聽力師為我們取下專屬耳型(ear impression),再製作成客製化耳塞,更貼合個人的耳道以提高舒適。

在特殊製防音具中,分為基於音量水平(level-dependent)或基於頻率均等的衰減(uniform attenuation)。音量水平僅針對高音量衰減,而能保留安靜情境中較低音量的語音溝通需求,通常可應用在營造、紡織、航空等高噪職業。簡單來說,這樣的技術可以過濾機械運作時產生的大聲噪音,讓作業員較輕鬆聽到其他同事的說話聲。均等的衰減技術則考慮傳統耳塞對高頻率音的衰減大於低頻率音,因此在設計上利用聲學特性對高頻音產生額外共振,這樣就能留有貼近原音的清晰音質,可供音樂家、音響工程師,及講求高音質的大眾使用[11]

客製化防噪耳塞,結合內部音管做濾音功能,預期能達到頻率均等的衰減。圖/作者

人人在手的安全聆聽幫手

響應 WHO 與國際電信聯盟(International Telecommunication Union)在 2019 年提出的安全聆聽設備標準[2],許多手機與耳機製造商已開始著手在軟硬體端導入 WHO 的聆聽標準,可由「設定」內的「聲音與觸覺回饋/音效與震動」或下載應用程式做設定,功能雖因廠牌有異,但多涵蓋下述項目:

  1. 耳機高音量通知:當聆聽超過聲音累積允許量時發出通知提醒。
  2. 降低耳機高音量:選定設備最高音量限制,系統會分析耳機音訊並降低任何超出的音訊。
  3. 即刻檢視耳機音量:在聆聽音訊時,查看當前的音量變化。
  4. 個人化音訊調節:輸入專屬的聽力圖,系統能根據個人在不同頻率的聽力程度客製化調整音訊,使聆聽感受更清晰,或許你就能稍微調降整體音量,延長聆聽的允許時間。
  5. 累積耳機音量:部分根據耳道聲學,自動計算一段時間的耳內音量,標示使用狀況屬於正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周聆聽的餘額。
  6. 累積環境音量:自動計算一段時間的環境音量,標示正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周接觸的餘額。
為了一生的聽覺健康,記得落實安全聆聽的守則。圖/pexels

噪音對健康的影響不止於聽覺,也與睡眠障礙、新陳代謝與心血管疾病、兒童的認知表現下降有關[12]。因此不論先天的聽力基礎如何,聽力保健是人人都要關心的健康議題。大家不妨現在就拿起手機與耳機、開始設定,讓智慧 3C 發揮「智慧生活」的價值,協助你我「落實安全聆聽」吧!

參考資料

  1. World Health Organization. (2021). World Report on Hearing, 40,65. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/world-report-on-hearing
  2. World Health Organization. (2019). Safe listening devices and systems: a WHO-ITU standard, 15-16. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/9789241515276
  3. Berglund, Birgitta, Lindvall, Thomas, Schwela, Dietrich H & World Health Organization. Occupational and Environmental Health Team. (‎1999)‎. Guidelines for community noise, 35. Available at:https://apps.who.int/iris/handle/10665/66217
  4. Elliott H. Berger, Rick Neitzel, & Cynthia A. Kladden. 3M Personal Safety Division. (2015). Noise Navigator: Sound Level Database, 39-46 Available at:https://multimedia.3m.com/mws/media/888553O/noise-navigator-sound-level-hearing-protection-database.pdf
  5. Ross B. C. (1989). Noise exposure of motorcyclists. The Annals of occupational hygiene, 33(1), 123–127. https://doi.org/10.1093/annhyg/33.1.123
  6. Kim, G., & Han, W. (2018). Sound pressure levels generated at risk volume steps of portable listening devices: types of smartphone and genres of music. BMC public health, 18(1), 481. https://doi.org/10.1186/s12889-018-5399-4
  7. Le, T. N., Straatman, L. V., Lea, J., & Westerberg, B. (2017). Current insights in noise-induced hearing loss: a literature review of the underlying mechanism, pathophysiology, asymmetry, and management options. Journal of otolaryngology – head & neck surgery, 46(1), 41. https://doi.org/10.1186/s40463-017-0219-x 
  8. 張寧家(2011)。 影響台灣勞工噪音性聽力障礙易感性相關因子之研究。高雄醫學大學醫學研究所博士學位論文。 
  9. Wu, P. Z., O’Malley, J. T., de Gruttola, V., & Liberman, M. C. (2021). Primary Neural Degeneration in Noise-Exposed Human Cochleas: Correlations with Outer Hair Cell Loss and Word-Discrimination Scores. The Journal of neuroscience, 41(20), 4439–4447. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3238-20.2021
  10. Centers for Disease Control and Prevention, USA. (December 11, 2018). How Do I Prevent Hearing Loss from Loud Noise? Retrieved from https://www.cdc.gov/nceh/hearing_loss/how_do_i_prevent_hearing_loss.html
  11. Patricia A. Niquette. (Mar 7, 2007). Uniform Attenuation Hearing Protection Devices. Retrieved from https://hearingreview.com/hearing-products/uniform-attenuation-hearing-protection-devices
  12. Basner, M., Babisch, W., Davis, A., Brink, M., Clark, C., Janssen, S., & Stansfeld, S. (2014). Auditory and non-auditory effects of noise on health. Lancet, 383(9925), 1325–1332. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)61613-X

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雅文兒童聽語文教基金會_96
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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。