主题：【原创】Follow me蜜饯式互动探索-----巍巍的幻象原理解答 -- 蜜饯
家园 【原创】Follow me蜜饯式互动探索-----巍巍的幻象原理解答 几天前，巍巍上坛子来想了解一个视觉幻象的原理。
http://www.cchere.com/ccbbs/Board/gtFrame.asp?BoardID=115&UID=157163&zst=1
这张图就是巍巍希望能弄懂原理的视觉幻像。
外链图片需谨慎，可能会被源头改在这里我将尝试着用很少见的一种互动方式来对这个幻像加以解释，也就是与大家一起探索这个谜，而不是copy教科书的答案（其实教科书上的也只是暂时被大多数人接受的解释而已）。为此我的解释可能会稍微复杂一点，需要读者的共同参与。不过我相信大家读完后一定会得到比那些标准答案更多的东西。
为什么我要把事情弄复杂呢？嘻嘻，不把水搅浑怎么显示我蜜饯的本事？
大家也许已经感受到在这个信息爆炸的时代早已不可能存在万事通了。即便是专业人士，也往往只是在自己的一个狭小领域说话还算是有底气。但是生活中随处遇到的问题并不会因此而减少。那么大家该如何应对，如何才能保证自己不被假行家们骗倒？我个人觉得关键是掌握最基本的逻辑分析能力，再加上一点点寻找搜索专业知识的途径，就基本上能保证不被小混混们蒙事了。希望这篇文章能给大家一个小样本，为日后分析其他新问题提供一些参考。
废话少说，言归正传。
1分析现象
首先面对一个新的现象，我们在分析之前应该好好观察清楚，尽可能多的收集信息。大家先来根据图上的提示，实践一下。
好， 看。。。数1，2，3，。。。盯住白点。。。。不要理旁边走过的美眉，午休时有的是机会。。。。继续看。。。。。。数到30 时， 转头看白色墙壁，（最好眨一下眼睛）。。。OK,！
相信各位一定看到了我也看到的东西------一张黑白的张国荣头像。不过等一下，这个黑白的头像是哪里黑，哪里白呢？对了，至少脸是白的，墨镜是黑的。
现在大家再来回头瞅瞅这原来的图案，有何发现？对哦，这给你的图案就是你看到的头像的黑白反像（反转片）。
从这个现象我们可以知道大家看到的张国荣其实是来自于这张反转图像的，而且正好是黑白颠倒。这说明了这个幻像是基础于我们所盯着的图案的，其中并没有任何的扭曲。所谓扭曲，譬如看静止的图案却有流动感，则涉及到大脑皮层的视觉信息处理问题。（人感受视觉至少分两个大块，一块是视网膜及视觉传递，一块是大脑皮层视觉信息处理。）
2 改变条件试验
收集了基本的信息后，让我们来试试改变一些条件，看看我们会看见什么。改变条件常常能告诉我们更多的信息，辨认出最根本要素。（现代科学的实验精神也在此体现威力。）
图示中强调必须盯住这4个白点（其实好像是5个），而且要求是15 至30秒。那么盯住其他地方行吗（比如说盯住他左眼墨镜上的黑点）？ 盯着不到15秒行吗？
大家一试便知，其实盯住图上任何一点都能看见幻像。而盯着不到15秒，也能看见大致图像，但不够清晰。
*那么，不盯住一点行不行呢？*如果你就像平时看图片一样看上30秒，那么最多只能看见一个模模糊糊的白影，根本没有张国荣的影子。
于是我们知道在此形成幻像关键的一个要求在于：盯住图上一点，时间越长，幻像越清晰。如果不盯住的话就看不见幻像。
3 推论和解释
各位读者，我们终于找到了一个幻像的成败关键。那么盯不盯住图上一点到底又有什么区别呢？
这就涉及到一点专业知识：人在正常情况下看图片时，视线实际是不停地在图上扫描的，不停地转换视线的中心，得到的信息是综合了无数扫描到的一张张截图而得（我所谓的截图是指视线固定在图上某一点时人眼得到的图像）。所以盯住一点时，人眼只看见一张截图，人的视网膜上也就只有一种投射。那时图像就如同敲图章一样“印”在你的视网膜上。一旦你移动了视线，就会有新一张截图“印”在你的视网膜上。
如果你用30秒去盯住一点的话，那么这张截图（哪怕你并没有注意到图本身）就会在你的视网膜上停留30秒。在这个相对较长的时间里，你视网膜上的感光细胞会因为长时间的单调工作而疲劳。而是神经细胞疲劳后就会出现desensitiation.( “去敏感”，就是反应灵敏度降低，再次工作时工作效率降低)。
如此，当你盯住这张黑白图片30秒后，你视网膜上的感光细胞一直受到单一投射的刺激。接受黑色区域投射的视网膜一直接受黑色刺激，专门感受黑色（弱光）的感光细胞便会渐渐适应而受到抑制。同样接受白色区域投射的视网膜处，感受白色（强光）的感光细胞也会渐渐受到抑制。一句话：你的视网膜上的感光细胞被长期的单一刺激“漂白”了.
在你终于转移视线，看着墙壁时，刚才受到抑制的感光细胞活力降低，处于同一区域的相反作用的感光细胞便处于相对活跃状态（自然色的墙壁对眼睛刺激弱，利于看见幻像）。你就能看见与原来盯视的图案正好颜色相反的图像了。
4 小小扩展
最后，介绍一个小trick。 大家如果闭上右眼，只用左眼去依照图示看的话，最后只有左眼能看见张国荣的头像。只用刚才闭着的那只右眼去看墙，是看不见头像的。
人感受视觉至少分两个大块，一块是视网膜及视觉传递，一块是大脑皮层视觉信息处理。这个就被用来证明该幻象产生于眼球的视网膜上,而与大脑的综合视觉信息处理无关。不然，如果这个幻像基础于大脑皮层之上，那么人感受到的图像应该不受单个眼睛观察的限制，刚才闭着的眼睛也应该能看见幻像
5 搜索确认
在网上搜索illusion 就会发现这个幻像被称为Afterimage.不但有黑白的，还有彩色的。
不但有颜色相反的，还有颜色相同的。（见以下几例）网上的解释就是本文所大致推导出的缘由。
继续用Pubmed查阅专业刊物，我们发现事实上关于Afterimage的成因还有不同意见。至少有记录表明afterimage 有的可以持续一天以上，这就不是简单的感光细胞疲劳漂白可以解释的了（2001年度Nature review上有一篇综述）。而且在1999年科学杂志上也报道了一例与大脑皮层视觉综合有联系的特殊Afterimage现象。
所以说，我只是在这里尽可能把这个幻像解释得更清楚些，让大家对它的特性有所了解，知道一些通俗的解释。真正的完全理解，还是需要进一步科学研究的。我觉得也正是这个探索无止境才让科学永远年轻，永远魅力四射！
黑白像
外链图片需谨慎，可能会被源头改彩色像
外链图片需谨慎，可能会被源头改不知巍巍同学满意否？在此也感谢巍巍同学，逼得我又学到不少东西。
蜜饯初次操刀充行家，还请水风师兄，老臭虫等各位高手指正。
本帖一共被 6 帖 引用 (帖内工具实现)家园 再补充几点 关于这个后像, 蜜饯的解释和铁手的补充已经很详细了. 咱厚着脸皮再添一点.
1. 盯牢喽, 看清楚
高中数学老师的口头禅是 “眼睛望这儿, 看清楚了”. 其实老师这话既对也不对.
大家都知道, 在人的视网膜上有两种光感受细胞, 视锥细胞(Cones)和视杆细胞(Rods). 两种细胞的功能不同. 以不同亮度下的视觉为例, 视杆细胞的感光水平低, 捕捉到单个光子就能起反应(单光子反应的review见外链出处), 所以暗环境中的视觉依靠视杆细胞; 而亮环境中起作用的是视锥细胞, 视锥细胞个头小, 密集在视网膜的中央黄斑处, 在中央凹(fovea)处与后一级的神经连接甚至是一对一,所以视觉的敏锐程度, 也就是我们常说的视力, 由它决定的.
分布上, 视锥细胞主要集中在fovea附近. 在fovea 大约3度的视角内只有视锥细胞,然后视锥的密度迅速较低, 而在周边基本上只有视杆细胞了. 所以要看清楚东西, 自然就需要把fovea对准目标, 用视锐度最高的部分来接受信息. 更重要的是, 盯着东西看是让你把注意力(attention)集中, 因为注意力和注视是紧密相联的.
说老师的口头禅不对, 是因为眼睛真的盯牢不动了, 反而看不见了. 先说眼睛的运动, 三种基本运动形式是注视 (fixation,信息采集在这阶段), 跳动 (saccade, 从一物体转移到另一个物体, 与注意力转移紧密联系), 追随 (smooth pursuit 和OKN, 稳定运动图像). 这儿只特别说一下, 其实在注视期间, 眼睛也是在不断进行微小运动的. 这种运动 (microsaccades)的幅度小(几十角秒, 一角度是3600角秒), 频率快(30~70Hz), 不会对视力有影响, 反而能加强.因为视网膜的一个固定位置受不变的刺激, 就会发生适应(adaptation), 形象地比方, 和在厕所呆久不觉得臭的嗅觉适应一个道理. Yarbus作过稳定图像实验,将图像附在接触眼镜(contact lens)上, 眼睛动图像也动, 这样消除眼动的影响 (把眼肌肉麻痹了也是消除眼动的手段之一). 结果一开始还能看清图像, 几秒后就逐渐消失, 变成灰蒙蒙一片了 （Yarbus, AL (1967). Eye movements and vision. Plenum Press). Adaptation的结果是视觉模糊甚至消失, 而注视中的微小眼动就可以避免adaptation的发生.
2. 注视点的作用
看完上面,大家就知道为什么幻像的图示中强调要盯住那4个白点. 目的就是要你把fovea对准图像, 好让视锥细胞们产生adaptation. 为了产生好效果, 注视点的最好位置就是图像正中了. 如果你盯着图像外的某点, 用余光看刺激图形就不行了, 因为在亮环境中视杆细胞已经感光饱和了,不起作用, 当然不会产生后像. 当然, 如果你在黑灯瞎火中看图, 又把屏幕的亮度调很低, 那就是另一回事了.
还有,大家注意没有, 这些图都不大. 原因一个是前面提到的, 效果产生在fovea附近. 另一个则是如果图太大, 大家忍不住眼睛动一下, adaptation就没了. 虫子show那幅Jesus的图形给一老美看, 结果她说看到Darth Vader（就是Star War里的那个反派, Dark Lord of the Sith）了. 原因是不小心设置ACDsee把图像放大到全屏. 那老美到是挺老实地克制住了眼动, 但后像中只看到图像的中间部分. 放大的注视点就被看成Darth Vader脸上的面具了
.3. 哥哥有多大
这儿不是问大家张国荣的年纪, 反正我是不知道. 要问的是, 在后像上大家看到的哥哥图像大小有多大. 大家不妨试两次. 第一次adaptation结束后转移视线时，看手边的一张白纸. 第二次adaptation结束转移视线时，看对面的墙壁. 怎么样? 第二次看到的哥哥图像很大吧. 这个道理很简单, 同样大小的视网膜图形投影到 外界的“屏幕”上, “屏幕”越远当然“屏幕”上的像越大.
大家知道moon illusion吧? 如果黄昏时大家看一眼地平线附近的月亮, 然后半夜再看看移到头顶的月亮, 肯定发现地平线附近的月亮要大得多. 初中课本中的<<俩小儿辩日>>说的就是同样现象. 大家可能会用物理上的区别来解释这现象如大气折射 (记得有人作过计算, 折射的影响在理论上也不过2~3%. 大家都有照相机, 拍张照比一下,就发现其实大小一样), 亮度(带个墨镜试一试, 难道月亮大小会变?). 现在比较接受的解释, 就是上面提到的 (这并不是唯一解释。要是感兴趣moon illusion这话题，不妨看看外链出处。). 首先我们感觉到的天空不是园的, 而是像一个扁鸡蛋. 由于地面上的深度信息(如铁轨的影像变得越来越窄)和其他参照的存在, 我们会觉得地平线远, 而仰视头顶空荡荡的天空就没这么遥远的感觉了. 所以嘛, 对于视网膜上同样大小的月亮, 在遥远地平线附近就觉得大, 而在头顶就觉得小.下面这图就解释的比较直观。
外链图片需谨慎，可能会被源头改越扯越远了, 就说这些吧.
家园 写的好。上面的幻象应该是视网膜的成份比较多一些 主要是因为和眼睛看的地方有关。
另外，补充一点，在通常情况下，视网膜视锥细胞是一直有活动，也就是有暗电流存在，光照的结果是调节这些暗电流。因此，在长时间看某个图后，闭了眼睛，视网膜还是有信号往皮层送。也就是说，虽然物理信息没有了，生理信息还是存在的。
家园 原来铁老大也是本行高手！
家园 写得好，长见识了 家园 写得很棒呀 家园 好蜜饯，是个做学问的样子，写得非常好 向你学习，向你致敬。
家园 [鼓掌]很好，很好！ 非常好！
用视觉残留来解释已经是非常透彻了，可笑我总是把简单的搞复杂。加油！
家园 好玩，突然看见哥哥吓了偶一跳，我不是他的粉丝啊，怎么也能看见他。 原来这样啊。
家园 蜜饯GG好棒 是祖国母亲、西西河和巍巍的骄傲！
在此，你被封为“亚洲不多得.蜜饯”爵士！
家园 这个帖子，漂亮