《Making Up the Mind》上讲了这么一个简单但深刻的实验:
我们看到这张图片的第一反应是:5个凸的按钮,1个凹的按钮。
现在仅仅将图片上下颠倒一下:
在我们眼中立即就变成了:1个凸的按钮,5个凹的按钮。
为什么同一副图片,仅仅是上下颠倒一下,我们就对其作出了完全不同的解释呢?
然后经过一系列复杂的神经通路到达视觉皮层。但后续的繁杂步骤其实都是对视网膜上成的像的处理。这里,对我们的讨论而言视网膜不妨可以看作一张感光胶片,重点在于视网膜上的像完全是一张二维图片。大脑从图像中提取出来的任何信息都以这张二维图片为原始素材。
我们知道,视觉图像要到达大脑,首先要在视网膜上成像(视网膜上密密麻麻地排布着感光细胞),刺激感光细胞形成的神经电冲动那么,究竟大脑是怎么从二维图片中看出(推导出)三维的?
其中一个重要的工作就是判定深度。前面的两张图片完全是二维图片,在我们的视网膜上也是二维的。然而大脑却能够从中理解出三维出来,大脑能够判断出一个按钮是“凹”的还是“凸”的。这是怎么办到的?
很简单,假设环境中有光源,并且光源来自上方,那么凸的物体会使其下部出现阴影,凹陷的物体则会在上部出现阴影。于是,图中按钮的下半部出现阴影就意味着按钮是凸的,按钮的上半部出现阴影则代表按钮是凹的。
然而,别忘了,大脑的这个推理成立必须有一个前提,即光线从上方照下来,如果光线从下方照下来的话,一切就反过来了,凸的物体将会使其上部呈现阴影,凹的物体将会使其下部呈现阴影。因此同样的一副图片如果假设光线从下方照耀的话,原来看成凸的物体就应该看成凹的,原来看成凹的就应该看成凸的。
那么,回到我们的第一副图片,你能够看着第一副图片并假想光线从下方照下来,进而把原来凸的按钮看成凹的吗?事实证明这很难,但我们可以做一个等价的事情——将图片上下颠倒一下:考虑到我们总是假设光线从上方照耀以及按钮的上下对称性,颠倒原图就相当于对原来的图片而言假设光线从“下方”照上去了。
我们发现(上文第二张图),一旦颠倒图片之后,果然凹凸就换位了。
这就是说,同一副图片其实有两种(乃至更多)可能的解释,取决于你的大脑到底假定光照来自下方还是上方。但为什么我们看上面两幅图片却不会出现“二义性”的错觉呢?因为在我们生存的环境中始终就有这么一个巨大的来自上方的光源——太阳,漫长的进化已经在我们的神经回路中刻下了“光源来自上方”这样一个强大的假设,所以虽然第一副图片本该完全有两种解释,我们还是不可避免地只看到其中的一种解释,即假设光线来自上方的解释,即使卯足了劲看也难以将凸的看成凹的,因为难以克服进化印刻在大脑中的“光线来自上方”的假设,因此为了让你看到“当光线来自下方时你会看到什么景象”我不得不将图片颠倒一下,结果你就看到原来凸的变成凹的了。
对于了解贝叶斯方法的同学,这个“光线来自上方”的假设就是先验(prior)的。