感觉与知觉

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 人类的色觉非常出色。具有正常色觉的人能够区分数百万种不同的色调。最令人惊叹的是，这种能力仅通过相当简单的生理结构即可实现。 人类色觉的强大功能部分源于人脑中一种巧妙的工程设计，即所谓的“对立系统”。该系统意味着，一种刺激的存在被视为另一种刺激缺失的证据，反之亦然；一种刺激的缺失则被视为另一种刺激存在的证据。具体而言，在人脑中存在一些神经元，当它们接收到表明蓝光存在的信号时会放电，而在未接收到表明黄光存在的信号时也会放电。同样，还存在另一些神经元，在黄光存在或蓝光缺失时会放电。因此，蓝色和黄色被视为一个维度上的对立值，可被看作笛卡尔坐标系中某一轴上的负值与正值。若某一刺激在此轴上被定义为负值，则它不可能同时具有正值；因此，若其被判定为黄色，就不可能同时被判定为蓝色。类似地，绿色与红色（实际上是品红色）占据另一个对立维度。人脑中存在对其中一种刺激的存在或另一种刺激的缺失作出响应的神经元。图1和图2从笛卡尔坐标系的角度解释了颜色对立现象。 图 1. 拮抗色维度。...

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 每个人眼睛的后部都有一小块神经组织，称为视网膜。视网膜上具有感光细胞，能够对光刺激产生反应。这些细胞的反应通过视神经——即一束神经纤维——传入大脑。在每侧视网膜的某处周边区域，存在一个位置，视网膜细胞的输出在此汇聚，视神经由此成束离开并通向大脑。在该位置上，没有感光能力——无论来自外界的光线反射到该区域何处，均不会在大脑中产生信号。因此，人类存在一个盲点，即视野中无法处理传入刺激的区域。 然而，人们并未意识到自己存在盲点；眼前视觉图像中并不会出现一个空洞。那么，人们在盲点中实际看到的是什么？大脑会根据周围环境自动填补缺失的视觉信息。

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 感觉研究——信号如何从眼睛等感觉器官传递，以及知觉研究——大脑如何解释这些信号——拥有悠久的历史，可追溯到19世纪，当时在理解光的特性及其与视觉系统的关系方面取得了重大进展。重要的是，这些感觉和知觉过程决定了我们在周围环境中所看到、感受到、尝到和听到的内容。然而，许多教学方法并未让学生直接体验他们试图学习的那些感觉事件。 JoVE的感觉与知觉合集通过展示观众可亲身经历的视觉和听觉错觉，填补了这一空白，并深入探讨了这些现象的解剖学基础。例如，通过观看视频《颜色后像》，观察者将体验到将一个空白的星形感知为具有某种颜色的现象，并了解特定神经元在这一效应中的作用。通过强调此类知觉错觉，该合集探讨了大脑在解释信息并构建我们对复杂世界感知过程中所依赖的各种假设。 JoVE...

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 在初步接触视觉感知与感觉的科学后，有一点变得尤为明显：人们所看到的事物是大脑的创造结果。因此，人们可能会看不到实际存在的事物，看到实际不存在的事物，或以扭曲的方式看到事物。 为了区分物理现实与人类的感知，科学家使用“意识”一词来指代人们所感知的内容。为了研究意识，视觉科学家常常依赖错觉——即错误的感知，这些错觉能够揭示大脑构建感知体验的方式。2001年，一组研究人员发现了一种引人注目的新型错觉，称为运动诱发性盲视，该现象已成为研究视觉意识的有力工具。1

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 抓取物体、行走时避开障碍物、坐下时准确落在椅子上（而非跌坐在地上），这些以及我们所有的身体动作都依赖于一种能力，即感知自身身体在空间中的位置，了解四肢彼此之间的相对位置以及相对于外界环境的位置。人脑编码此类信息的一种方式称为本体感觉，大脑依靠自身的控制信号和反馈信号来追踪四肢的位置。除了本体感觉输入外，人脑还整合视觉、触觉甚至听觉，以在空间中表征身体的各个部分。那么大脑是如何整合所有这些信息的呢？1998年，Botvinick 和 Cohen 描述了一种引人注目的错觉现象，称为“橡胶手错觉”，该现象已被用于研究人脑如何整合感官与本体感觉输入，以在空间中表征身体。1...

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 视觉感知最困难的挑战通常被描述为如何从二维的视网膜图像中恢复出关于三维空间的信息。视网膜是人眼内部的感光组织。来自外界物体的光线被反射后投射到视网膜上，刺激这些感光细胞。在现实中并排的物体将在视网膜上产生并排的刺激信号。然而，相对于近处的物体，距离观察者更远的物体却无法在视网膜上产生更远的刺激信号。距离——即第三维度——在视网膜上被压缩了。 那么，我们是如何感知三维空间的呢？答案在于，人类大脑会根据视网膜接收到的输入信息，运用多种假设和启发式方法来推断距离。在感知研究领域，长期以来一直使用视觉错觉来识别这些启发式方法和假设。如果研究人员了解大脑所使用的“技巧”，他们就能够“欺骗”大脑，使其对事物产生不准确的感知。本视频将向您展示如何构建一个艾姆斯房间（Ames...

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 我们通常认为，只要物体离得较近且正对着我们，我们就能看得比较清楚。但事实果真如此吗？我们知道，视觉注意是人类大脑的一种功能，它控制着我们对视觉世界中哪些部分进行处理以及处理的效率。事实证明，由于注意力是有限的，我们无法同时处理视野中的一切信息，甚至可能忽略正前方的物体。 20世纪60年代，著名认知心理学家Ulrich Neisser开始通过实验表明，如果注意力被其他事物分散，人们实际上会对眼前存在的物体视而不见。在20世纪80年代和90年代，Arien Mack和Irvin...

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 注意是指人类在环境中的众多刺激中选择部分信息进行加工处理的能力，这种能力是有限的。注意作用于所有感觉模态，包括视觉、听觉、触觉，甚至味觉和嗅觉。然而，它最常在视觉领域中被研究。研究视觉注意的一种常用方法是空间提示范式。该范式使研究人员能够测量将视觉注意集中于某些位置而忽略其他位置所产生的效应。这一范式由心理学家 Michael Posner 在 20 世纪 70 年代末至 80...

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 要实现对某一特定刺激的识别，必须将视觉注意力指向该刺激。对于视觉系统的早期阶段而言，物体并非以“物体”的形式存在，而是表现为一系列视觉特征的集合——线条、拐角、纹理、颜色和光线的变化。注意力是后续加工过程中识别这些特征组合所代表的具体事物所必需的资源，因此注意力成为研究的核心课题。其中尤为重要的研究方向之一，是人们如何维持注意力，即个体在连续的时刻中持续保持注意力集中的程度。目前研究已知，维持注意力需要付出巨大的努力。当注意力需要迅速集中于快速移动或快速变化的目标时，一旦注意力解除，这种努力会导致注意力出现短暂的中断。这种注意力的短暂中断被称为“注意瞬脱”。它类似于大脑短暂地“眨眼”，暂时关闭注意力以获得片刻休息。在注意瞬脱期间出现的刺激将无法被感知。

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 人类的视觉依赖于位于眼球后部一种称为视网膜的组织上的感光神经元。这些神经元因其形状而被称为视杆细胞和视锥细胞，它们在视网膜上的分布并不均匀。相反，在视网膜中央有一个称为黄斑的区域，其中视锥细胞高度密集，尤其在黄斑中央的一个更小区域——中央凹处更为密集。在中央凹以外的区域几乎不存在视锥细胞，而视杆细胞的密度也随着与中央凹距离的增加而显著降低。图1示意图化地展示了这种排列方式。这种排列方式也在视觉皮层中得到复制：与周边区域相比，有更多神经元负责表示中央凹处的刺激。 图 1. 人眼结构示意图及视网膜上感光受体细胞的分布。 瞳孔是位于眼球前部的开口，允许光线进入。光线随后聚焦在视网膜上，视网膜是位于眼球后部的神经组织，由视杆细胞和视锥细胞这两种感光细胞构成。在视网膜中央区域为黄斑，黄斑的中心则是中央凹。该图示意性地展示了视杆细胞和视锥细胞在视网膜上的密度随位置变化的情况。负责色觉的视锥细胞几乎全部集中于中央凹内。而支持弱光条件下视觉的视杆细胞在中央凹附近也较为密集，但在黄斑区域以外密度迅速下降。

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 在感知过程中，人们往往能够轻松地识别和理解复杂刺激，但这种能力实际上需要复杂而密集的加工过程。这是因为大脑对某些极为重要的刺激类型具有专门化且自动化的加工机制。其中最典型的例子就是面孔加工。人们无需刻意去察觉和识别面孔，这一过程似乎自然而然地发生。然而，检测面孔并区分不同面孔实际上是一项复杂的计算任务。

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 口语是人类独有的成就，其产生在很大程度上依赖于特殊的感知机制。语言感知机制的一个重要特征是，它同时依赖听觉和视觉信息。这一点合乎逻辑，因为在现代技术出现之前，人们所接触的语言大多发生在面对面的交流中。由于发出特定的语音需要精确的发音动作，因此口部运动能够为言语内容提供良好的视觉线索。事实上，在近距离且视线无遮挡的情况下，口部提供的视觉信号往往比语音本身提供的听觉信号更为清晰。因此，人类大脑倾向于优先利用视觉输入，并以此来消除口语中固有的歧义。 这种依赖视觉输入来解读声音的现象由哈里·麦格克（Harry McGurk）和约翰·麦克唐纳（John Macdonald）在1976年发表的一篇名为《聆听嘴唇与看见声音》（Hearing lips and seeing voices）的论文中首次描述。1...

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 心理物理学是心理学和神经科学的一个分支，旨在解释物理量如何转化为神经元的放电活动以及对强度的心理表征。该领域关注的一类问题涉及最小可觉差（JND）：一个刺激需要改变多少，这种变化才能被察觉？为了帮助理解这一概念，可以考虑这样一个事实：相对而言，幼儿的生长速度非常快，但人们却很少能察觉到其每日的细微变化。然而，当孩子从离家的夏令营归来，或祖父母在长时间未见后再次见到孩子时，仅仅几周的生长变化就变得非常明显，甚至可能显得极为显著！身高的变化只有在经过一段时间的分离后才会被注意到，这是因为日常发生的微小变化太小，无法被感知。但在长时间未见之后，许多微小的变化累积起来就足以被察觉。那么，究竟需要发生多大的变化才能被注意到呢？这个最小的量就是最小可觉差（JND）。

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 心理物理学是一组感知心理学方法的统称，旨在建立刺激的实际强度与其感知强度之间的关系。心理物理学的一个重要方面是测量感知阈限：光线需要多亮，人才能察觉到它的存在？皮肤上可被感知的最小压力是多少？声音可以低到什么程度仍能被人听到？换句话说，人类能够感知到的最小刺激量是多少？阶梯法是一种高效确定个体感知阈限的技术。

来源：Jonathan Flombaum 实验室——约翰斯·霍普金斯大学 视觉掩蔽是感知科学家使用的一个术语，用来描述一系列现象，即一幅图像被呈现出来，但由于第二幅图像的出现，观察者无法感知到该图像。掩蔽有多种不同类型，其中许多相对直观且不出人意料。但有一种令人意外且重要的掩蔽类型被称为客体替代掩蔽。自1997年左右由Enns和Di Lollo相对近期地发现以来，它一直是视觉科学研究的重点。1