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「旋轉舞者」視錯覺大破解

謝伯讓
・2015/02/23 ・1832字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 482 ・五年級

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》。

文章難易度
謝伯讓
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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》


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剪刀石頭布——和平號上自主企劃案協商│環球科學札記(49)

張之傑_96
・2021/10/20 ・1582字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 張之傑

和平號第一○一回行程,停靠港原有古巴的哈瓦那,所以文化教室特聘莎莎舞老師宗像志布子到船上教莎莎舞,預備船到哈瓦那時,到革命廣場和古巴人一起跳。古巴是莎莎舞的起源地,人人會跳,可說古巴的國舞。

每次上莎莎舞的課,一開始都有個踏著基本舞步的接龍遊戲。起初兩個人猜拳,輸者雙手搭在贏著肩上。當老師喊停,說聲じゃんけん(janken),前頭的贏者再和另一組的贏者猜拳,跺著腳大聲地喊じゃんけんぽん(jankenpon)。如此愈接愈長,最後產生出勝利的隊伍。

我小學就讀台北市松山區的興雅國小,記得小時候台語稱剪刀石頭布猜拳就是janken。外省社區,如四四兵工廠子弟小學的孩童,則稱作「將-軍-寶」,顯然來自日語。看來剪刀石頭布猜拳可能源自日本,且傳入中國可能是清末的事。

猜拳源自日本,圖為日本學童在課堂上猜拳。Aka Hige攝。圖/Wikipedia

じゃんけんぽん,漢字表記為石、鋏、紙。石頭在前,剪刀在中,布原為紙。英語世界大多稱rock paper scissors。關於剪刀石頭布的起源,有人說源自中國的酒拳(划拳),但沒有證據證明酒拳曾包含剪刀石頭布。根據日文版維基百科じゃんけん條,剪刀石頭布猜拳誕生於十九世紀,即江戶-明治年間,到十九世紀末已在日本普遍,二十世紀後傳至世界各地,甚至有國際賽事。

剪刀石頭布這種日式猜拳傳到中國後,何以從石鋏紙變成剪石布,可能是布字的音韻接近日語的ぽん(pon)。關於日式猜拳,還有一件事值得一記。七月七日,是日本的七夕。明治維新後,棄陰曆,採陽曆,傳統節日也改成陽曆。為了慶祝七夕,船上特請中日聯姻的陸先生演講,由陸太太做日語翻譯。陸先生邀請我聽他的演講。

圖/Giphy

為了申請七月十日的自主企劃案「我的西藏因緣——兼談藏族的歷史、宗教和文學」,還沒聽完陸先生的演講,就趕到八樓阿古拉廳。已申請過一次,這次駕輕就熟。各廳可使用的時間寫在白板上。巴伊雅廳有一百二十分鐘,但已貼上六張條子。阿古拉廳有五十五分鐘,還沒人貼,我就貼在阿古拉廳。但我貼上去不到一分鐘,有位日本女孩子也貼上一張,意味著這個時段至少有兩個人競爭。

當貼條子的時間過了,工作人員開始處裡。只有一人貼條子的的空間,馬上找來貼的人,經確認後,向一旁的工作人員報到。有好幾個人貼的,就要協商,如每人分配幾分鐘。只有兩個人貼、時間又不長的話則以猜拳決定。阿古拉廳的五十五分鐘有兩個人貼,就得猜拳了。

圖/Giphy

我和那位日本女孩子猜拳,我不諳日本人的猜拳規矩,弄錯了幾次。原來日本人猜拳,彼此先以拳頭相對,再收回拳頭,接著大喊jankenpon,當喊到pon時,正式出拳。不能和我們一樣,不需甚麼儀式就可直接出拳。那日本女孩子大概被我弄糊塗了,我竟然成為贏家。

工作人員認為我的題目太長,也不希望題目上有宗教字眼。透過翻譯,幾經商量,只留下「我的西藏因緣」,副標題「兼談藏族的歷史、宗教和文學」刪除了。確定了題目,向一旁的工作人員報到。技術人員要知道我的電腦的插頭,這有點麻煩,特地回房拿來電腦。又詢問有沒有音樂,我說沒有。又詢問需要幾支麥克風,我說一支。一切確認,才算完成手續。

七月十日,上午十時二十分至十一時零五分是我的自主企劃。交給船上的題目是「我的西藏因緣」,他們大概覺得不夠通俗,擅自改為「我與西藏的緣分」。這次演講也滿座,但事後沒人過來討論,整體來說沒有上次成功。聽者可能想聽一些神祕的人事物,而我的演講沒講歷史和宗教,也沒講奇風異俗。講的只是個人對藏族文化產生興趣的緣起,及其後續的一些經歷,這可能不是大家想聽的。

張之傑_96
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張之傑教授,科學史家,為中央研究院科學史委員會委員、中華科技史學會創始人;另研究科普學、辭書學、民間宗教、民間文學、西藏文學等。寫作小說及少兒讀物大多使用筆名(章杰),其餘大多使用真名。其科普作品以文筆流暢、條理清晰、富含人文精神著稱。
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