你看到、聽到的世界都是真實的嗎?

                          2021年07月08日
                          我們如何識聲辨色
                          聲波所對應的機械振動,每秒幾千次只是稀松平常。摸著喉嚨或者喇叭,可以感受到它的振動,卻很難分辨出聲音的內容。那么,我們是如何聽到聲音的呢?
                          先是耳廓把聲音收集起來,通過外耳道傳到鼓膜上使其振動;振動通過聽小骨等傳遞到內耳;螺旋卷曲的耳蝸,由外到內不同部位分別對從高頻到低頻的振動敏感,相應位置的毛細胞感知振動并將其轉化為電信號傳遞給聽神經;信號最終傳遞到大腦,形成聽覺。以上四個步驟,像是電子信號處理中“集中放大、阻抗匹配、頻譜分析、數據整合”的過程。
                          對于光波,則更復雜。眼睛不只要看到一束光,還要看到光的空間分布,這就要有一套成像系統。那么,我們是怎樣看到物體的呢?
                          首先是晶狀體等構成透鏡組,將光線折射后成像到視網膜上;感光細胞中有一些特殊的分子,其中的電子在光的作用下發生轉移與躍遷,引起一系列生物化學反應,把光信號轉變為神經沖動;眼部幾類神經細胞將信息初步整理、傳遞;信息最終進入大腦的視覺中樞,形成更細致且綜合的感知。這便是“光學成像、生化感光、初步合成、綜合加工”的過程。
                          物理、生理上的視聽缺陷
                          物理層面上,聽覺方面,比如耳廓和耳道等聲音的傳播通道,它們本身對不同頻率聲波的通過效率是有差別的。耳道的長度已經天然地對3000赫茲附近的頻率有了特殊照顧。
                          狀通道對聲音具有頻率篩選的功能,且隨其長度有所變化
                          視覺方面,比如各種頻率的光透過角膜和晶狀體等折射時,其折射率隨頻率增加而增大,這會導致它們聚焦到視網膜附近時,前后位置有輕微差別,因而看起來會有一種紅色更近、藍色更遠的錯覺。
                          人眼結構的不均勻性等可導致“星芒”的效果
                          生理層面上,聽覺方面,鼓膜的共振、毛細胞的衰退老化等,都直接影響其對聲音的頻率響應范圍,而這些是與人的個體特征有關的,比如年齡、體質等。視覺方面,血管層和神經層處在視網膜感光層前方,必然會擋住一部分光,造成一些網狀的陰影。
                          神經系統開小差帶來的離奇錯覺
                          (左)“靜中見動”;(右)“視而不見”與“無中生有”
                          常見的,比如盯著一幅色彩較淡、輪廓模糊的畫面一段時間,你會發現它逐漸消失了!由于人眼對不同色彩對比度的區域的視覺響應時間有差異,加上眼球的微跳和大腦的補償,就會對靜態的畫面產生出動態的錯覺。
                          關于聽覺的錯覺,同樣離奇。有位音頻創作者錄制了“Laurel”的發音,卻有很多人聽完后跟讀的是“Yanny”。這一方面是由于不同的人對高低頻段的敏感性不同,另一方面,這也跟大腦的識別過程有關,在對基頻、諧波、共振峰等進行判定時,會有多個結果。
                              那么,什么是真實的世界呢?世界本身和我們的感知之間是怎樣的關系呢?
                              所謂“真實性”只是相對的,生物更關心的其實是“合理性”和“適應性”。借助現代科學儀器,我們可以更廣泛而精確、理性而定量地認識客觀世界。然而,這輔助雖然強大,卻無法完全替代人類自身進化了千秋萬代的、即使有些缺陷卻依然精妙無比的感官。
                          來源:知識就是力量公眾號
                          六月婷婷七月丁香