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2.4 眼观八方和熟视无睹
——眼动的故事

有句成语叫做“一览无余”,形容一个人在开阔的视野中,只要看一眼,就能把眼前的一切都看得清清楚楚。但实际上,视网膜只有在中心部位——“中央凹”这一小块区域才有很高的分辨率,可以看清楚对象的细节。如果不许移动你的视线,那么在“一览”之下所能看到的东西其实是很少的。

现在来做个实验:让眼睛盯着墙面上的某处,右手拿一支红色的铅笔水平向右移动,眼睛不许动,直至完全看不到红色铅笔!好,保持眼睛不动,右手臂慢慢转回到正前方。一开始,你还是看不到什么,只是在手臂移动的过程中感到有个什么东西在移动,但是不知道究竟是什么;直到把手臂转回到很接近正前方的时候,你才能看到有一个条形物,但是还是看不清铅笔杆的颜色,更不用说上面的商标了;只有把铅笔几乎已转回到正前方的时候,你才看到了铅笔的颜色,但是商标依然不清楚。直到把目光凝聚在商标上,也就是说,使商标的像落到中央凹,你才看清楚这支铅笔是什么牌的。这是因为只有在中央凹才密集着空间分辨率很高的视锥细胞。

眼观八方——眼球跳动

由于人的眼睛老在动,不断地改变注视点,不断为搜索注视对象而进行快速跳动,使我们的注视点不断地从一个目标跳到另一个目标,从而使我们“一览无余”。这种跳动每天在 10 万次以上,与心脏每天的搏动次数差不多。那么,眼睛老是在跳动,为什么我们看到的图像却很稳定,一点也不像新手拍出来的录像那样老是在不断地晃动?原来人的视觉系统有一种机制,就是眼球跳动的时候是看不见东西的(这就是为什么笔者在本书中不采取许多人所用的“扫视”这个术语的原因,因为在此现象中虽然“扫”则有之,但完全没有“视”),而缺失的场景也是用前后的场景补插起来的。不信你可以对着镜子仔细观察,看能不能看到自己眼球的跳动,肯定看不到!这并不是因为跳动的速度太快,因为如果你注视别人的眼睛,你可清楚地看到这种跳动。

把在观察某个对象时眼睛运动的轨迹记录下来,就给“人是怎样看东西的”提供了宝贵的资料。图 2.8 右图是苏联眼动研究的先驱亚尔布斯(А. Л. Ярбус)所记录的一位受试者观察一张小女孩照片时的眼动记录。图 2.9 是中国科学院上海生理研究所孙复川研究组让三种不同的受试者看同一个繁体汉字“靈”所得的三种眼动轨迹。对只识简体汉字、而不识繁体汉字的小孩,这不是汉字“灵”字的繁体形式,而是汉字“雨”“口”“工”和“人”的组合,其目光逐个注视在这些他认得的字上面。对于从小就识繁体字的老者来说,这只是一个他认得的字,所以他的目光只在四周停顿一下就完成了任务。而对于一位不识任何汉字的外国人,这是一些复杂的符号,所以他的目光要在各处游荡。这种跳动和停顿并不是我们有意识控制的结果,而是我们的神经系统根据我们的经验和知识自动进行的。图 2.10(a)是一张碎块图,如果你以前从没有见过的话,你会以为这只是一些没有任何意义的斑点而已;但是如果告诉你图中央附近隐藏着一条觅食的黑斑白狗,你也许会豁然开朗:“啊!我看到了,是有一条狗”。一旦你认出了,以后无论何时再去看这张图,你都会毫不费力地找到它。图 2.10(b)是受试者没有认出图片中的狗时的眼动轨迹,而图 2.10(c)是认出以后的眼动轨迹。这再一次表明经验和知识决定了眼动的模式。

图2.8 观察小女孩的照片(左)的眼动轨迹(右) [1]

图中的黑点是眼睛停顿时的注视点,连线则是跳动时的轨迹。很明显,这种跳动并不像电视那样均匀地逐行扫描,而是有选择地注视一些最富有特征的地方,例如眼睛和嘴巴。

图2.9 不同受试者对繁体汉字“靈”(左一)的不同眼动轨迹 [4]

左二是一位只识简体汉字,而不识繁体汉字的小孩看这个字的时候的眼动轨迹,右二是一位从小就识繁体字的老者看这个字的时候的眼动轨迹,右一是一位不识任何汉字的外国人看这个字的时候的眼动轨迹。

图 2.10 经验和知识决定眼动的模式 [4]

(a)中心部分隐藏着一条狗的碎块图;(b)从来没听说过这张图的受试者第一次观察这张图时的眼动轨迹;(c)一旦有一次认出隐藏着的狗以后再观察这张图时的眼动轨迹。

“熟视无睹”——如果没有微跳动该会多糟

眼睛除了改变注视点的跳动和跟踪运动目标的平滑追踪运动(例如你盯着看高空飞过的一架飞机,并目送它远去)之外,还有一种即使当你注视时也还无时无刻不在进行的微跳动,不过我们自己感觉不到而已。这种微跳动,使得外界即使是静止的物体落在视网膜上的像也无时无刻不在抖动之中。为什么要让静止图像在视网膜上不停地抖动呢?这是为了克服感受器对外界刺激的适应性。感受器只有对变化的信号才起反应,如果是一个恒定的刺激,那么只有在刚开始时才会感觉到这个刺激,时间一长就感觉不到了,正所谓“居芝兰之室,久而不闻其香;入鲍鱼之肆,久而不觉其臭”!如果没有眼球的微跳动,我们就会像青蛙一样看不到静止的物体。青蛙只能看到运动的物体。如果把青蛙放进一个小室,在它身旁放满了死苍蝇,只要小室里没有飞虫,那么直到饿死,青蛙也发现不了死苍蝇,真可谓“熟视无睹”!

图 2.11 普里查德把图像稳定在视网膜上的实验装置示意图

把一个小支架固定在接触镜片上,支架的另一端有一个小的镜筒,镜筒靠眼睛的一端有一个透镜,另一端可以放一张底片,底片的后面有一个小灯泡。这样,底片上的图像就可以通过透镜投射到视网膜上。由于底片随着眼球一起运动,所以它落在视网膜上的像相对于视网膜来说就是固定不变的。只有当小灯泡刚亮的时候,感受器还来不及适应,受试者能够看得见底片上的图像,时间一长,图像就逐渐褪色,最后看不见了。

正是这种永远都不停止的微跳动使得静止对象落在视网膜上的像也永远在抖动,令感受器不容易适应。那么有没有办法让某个对象在视网膜上的像静止不动呢?如果这样的话,是不是就会看不到这个对象呢?视觉科学家普里查德(Roy Pritchard)用图2.11 的装置证实了这一点,不过这种方法很危险,读者千万不要自己去试!

读者不必为不能做普里查德的实验而遗憾!可用下面的办法来间接地证实这一点,请看图 2.12 的左图。把目光集中在中间的黑点上,尽量保持不动,时间一长,除中心部分之外的其他灰色区域就渐渐褪色了。这是因为图中的灰色从中心向四周渐渐变淡,如果没有其他的眼动,而只有微跳动的话,那么这种微跳动所引起的视网膜上像的变化也很微小,因此很快就适应了;而中央的黑点非常突出,黑点与其四周的交替非常明显,不会引起适应。图 2.12 的右图与左图基本相似,只是边缘加上了一个灰色的圆圈。重复刚才的观察,你能发现什么现象?自己能解释吗?

至此,读者也许会问:如果我们看一个很大的颜色均匀的屏幕,由于屏幕很大,里面又都是一样的,那么不管眼睛怎么动,落在视网膜上的像实际上就没有变化,为什么还能看得到呢?这确实是一个问题,直到现在科学家也不能给出完全令人满意的解答。一种可能的解释是由于人的视野有限,因此这种情况下在边界处不会产生适应。而对于一个内部均匀的封闭区域,神经系统会根据边界的情况,对其内部进行填充,因此始终能看到均匀的颜色。

看不到相对于视网膜固定不动的图像的好处之一,就是我们不会看到自己视网膜表面密布的血管网!否则,只要睁开眼睛就会看到分布在视网膜表面供给视觉细胞营养的血管了。除了包括中央凹在内的黄斑这样一小块区域以外,这些血管几乎遍布视网膜表面,光线要穿过这个网络才到达感光细胞。如果我们对固定在视网膜上的像都能看得到的话,那么除了中心一小片区域之外,周围一切都罩上一层血管网的阴影!

图2.12 眼睛的适应性实验

注视左图中心的黑点,四周的灰色区域会渐渐褪色。注视右图中心的黑点,四周的灰色区域并不褪色。 4LMaDVBPCh4gdIjomZUPEqkkFjNd0zKH24Biq227gUGXuv1Gdm16zx60EVYHgp4h

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