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看到的也许并不是实际?可能只是大脑预测出来的

2020-03-24 13:58:06  来源:环球科学

眼见为实,想必大家看待事物时都认准了这一原则。但有时候你看到的也许并不是实际,而是大脑预测出来的一些画面。大脑之所以要预测,是由于外界信息从视网膜传到视觉中枢需要一定时间,预测能保证我们判断物体的轨迹,帮助躲避危险或者追捕猎物,提高生存率。但这也意味着,我们其实完全是生活在过去的世界中。

撰文丨杨心舟

想必你可能有过以下经历,当手边的一块橡皮或者笔盖从桌子上掉下去时,落地瞬间它们弹了出去,而自己亲眼看见它飞向了某个方向,但顺着那个方向去找,却怎么也找不到。然后橡皮就完全消失了,或者它们奇怪地出现在了与你印象完全不同的地方,于是心里默念着:完全没道理,刚才明明没看见它往这边飞。

但这件事不仅有道理,而且还已经被科学家发现了其中的原因,那就是大脑“欺骗”了你,或者说大脑太过自信预测了物体会去向哪里,以至于你也被动相信了。出现这种现象,主要是因为大脑神经系统的响应速度还不够快,外界信息从视网膜传到视觉中枢系统的过程会出现滞后性。为了保证我们身体的动作连贯,大脑就开始自己对物体的运行轨迹进行了预测。

用预测弥补滞后

视觉信息从外界被视网膜捕集和传送至视觉系统,这一过程大约需要花费数十到数百毫秒的时间,而我们根据视觉信息作出反应,大约需要120毫秒的时间。就慢速运动的物体而言,这种滞后对我们并没有什么太大影响,并且这种传输过程还能给大脑做出反应的时间,让我们对外界更准确地进行了解并预判物体下一步要运动到何处。

但除了橡皮落地弹飞,像空中飞过来的网球或者棒球,它们的瞬间速度可能会非常快。例如被击打的网球飞行速度最快可能达到28米/秒,这种情况下,信息滞后就会有很大的影响。因为当我们感知到球时,球的实际位置已经向前飞行了3米左右,而我们实际感知到的永远都是球之前的位置,换言之,我们感知到的是一个处于过去式的世界,比现实要慢一拍。那大脑怎样才能准确地控制肢体用球拍接到球呢?那就是大脑的预测能力。

这种预测能力对于守门员接球有很大作用。

大脑能预测物体的行进或者事件的发展,这在神经科学家看来并不是新鲜的事情。这种预测赋予了生命基本的生存能力,比如当你过马路面对飞驰而过的汽车时,大脑的预测能力可以让你判断会不会被车撞上,从而保证安全通过马路。

研究人员早已经发现,与无法预测的视觉刺激相比,给予大脑一些有预测性的视觉刺激能更快地让视觉系统产生后续反应,这一现象已经在猫、狒狒和人类中都得到了证实。在有预测性的轨迹中,大脑作出后续反应的速度要快15毫秒。另外,阿姆斯特丹大学的研究人员还发现,这种提前的预测会在视觉皮层刺激形成一些神经元模式,并且这种特征性的脑电模式只会和预测事件相关。

而在2017年《自然-通讯》上的研究,荷兰拉德堡德大学的科学家设计了一连串可预测的闪烁点,在反复重播闪烁点的情况下,大脑就能提前预测下一个点的闪烁模式,甚至展示出完整闪烁序列。这些都说明,只要给予一定的运动或者序列轨迹,大脑就会自己开始判断下一步会发生什么。

在反复观看闪烁点后,大脑就能提前发出闪烁点的信号(中)。而对照组则很难预测。

在反复观看闪烁点后,大脑就能提前发出闪烁点的信号(中)。而对照组则很难预测。

但是,如果大脑的预测出现了错误呢?

预测是一种本能

最近《美国科学院院刊》上的一项研究,就在之前的实验基础上进行了延展。他们同样给受试者观察了有轨迹和序列的点,实验中的点会按照时钟行进一样进行顺序闪烁。这一过程中。研究人员对他们的大脑进行了EEG测试。在第一轮训练后,研究者已经能够识别出当受试者看到这一系列的点,会伴随着怎样的脑电波形式。

在随后的多次观察测试中,受试者的大脑就开始对这些点进行预测了,并且能在下一个点闪烁前就提前表达下一个点对应的脑电波形式。不过,研究者在这里采用了一个技巧戏耍了大脑,那就是在一个闪烁循环中突然让接下来的点消失。

在这种情况下,如果位于12点位置的点突然消失,研究者发现大脑仍然会表现出闪烁点前进到1点位置时的脑电模式,这意味着受试者还是能“看见”闪烁点在前进。只有当受试者眼睛看到闪烁点消失的视觉信息传输到视觉皮层后,这种预测性的脑电模式才会消失。

这一过程可以好比你朝着地板使劲扔出一个弹力球,当它反弹往天花板上飞时,你甚至能产生一种球穿过了天花板的感觉。这是因为大脑预测了球的轨迹会一直往上走,但这种感觉会转瞬即逝,随着弹力球被引力拉回来,大脑又对自己的预测进行了纠正。

而在另一项实验中,研究者将闪烁点的消失替换成了反向运转,即当闪烁点运转到12点后,反常地往11点方向运转。这一次,大脑仍然执行了错误的预测,仍然产生了1点位置的脑电模式。而当视觉信息传输至视觉皮层时,大脑马上意识到发生了错误。随着新的信号输入,大脑之前错误预测的脑电模式直接消失了,或者说大脑直接抹去了这段预测信息。

这一点与直接让闪烁点消失不同,闪烁点反向让大脑以一种出乎意料的方式重新运转起来,大脑因此要做出新的预测和判断。这种情况下,它会直接抹去之前的预测信息,就好像它从来没犯错一样,又开始新一轮的信息预测。

而像弹飞出去的橡皮,当它弹到视野之外,失去了下一步的视觉信息时,大脑就没有后续的信息进行纠正,因此我们就会认为橡皮往之前大脑预测的方向飞了出去,直到我们发现实际情况有所出入为止。而对于预测准度不够,有一种可能是,我们可以经常见到球被击飞的轨迹,但橡皮被弹飞却不常见,因此轨迹更难预测,准确性也会打折扣。

其实大脑的这种奇特能力,让我们时常处于一种过去式中。即你所见并非所得,你现在感觉到的可能只是物体在过去的位置或者状态。2014年,《自然-神经科学》的一项研究还提出了一种更为夸张的想法:那就是我们的感知世界是一个过去与现在的平均画面,你现在慢慢品味的咖啡、面对面看着的人,都带有15秒前的信息。

而新研究也从另一个角度间接证实了,我们的确生活在一个过去的世界中。为了作出补偿,大脑想出了预测事件的解决方式。这种预测对于生命的生存有重要意义,无论是捕猎还是躲避危险都需要大脑精妙的预测。然而,既然是预测就不可能有100%的正确性,而那些我们自以为正确却因现实而犯迷糊的时候,只是聪明的大脑不愿意承认预测错误罢了。

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