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早在19世纪中叶，德国博学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）就已经在生理光学实验中埋下了有关预测机器这一非凡构想的种子。亥姆霍兹在研究眼球的解剖结构时发现，照射到视网膜上的光线过于混乱，以致我们无法看清周围的事物。由视距和视角各不相同的物体组成的三维世界经过眼睛成像后被压缩至二维平面内，物体的轮廓会变得模糊，出现重叠，使图像难以辨认。甚至同一物体在不同光线下也会呈现不同的颜色。例如，黄昏时分，如果你在室内阅读一本纸质书，页面反射的光线会比阳光直射下深灰色页面反射的光线少得多，但在这两种情况下，页面看起来都是白色的。
亥姆霍兹认为，大脑是基于过去的经验对上述混乱的视觉图像进行了“清晰化”处理，然后通过一个他称之为“无意识推理”的过程，对其所接收到的视觉信息做出最合理的解析。他指出，我们可能认为自己看到的世界是不加修饰的，但是实际上，视觉是大脑以分析最有可能出现在你面前的是何种事物为基础，在原本虚无、黑暗的背景中形成的产物。 3
亥姆霍兹的光学理论影响了乔治·修拉（Georges Seurat）等后印象派艺术家 4 ，但直到20世纪90年代，这种理论才真正开始在神经科学领域兴起。有迹象表明，大脑的预测机制会影响视觉处理过程的每一个阶段。 5
在你走进一个房间之前，你的大脑已经对那里可能存在的事物进行了多次模拟，然后将其与实际接收到的内容进行比较。在某些情况下，大脑的预测可能需要根据来自视网膜的信息重新调整；在另一些情况下，大脑可能对预测结果很有信心，以至于它会选择忽略一些信息，而强调另一些信息。通过对这个过程的多次重复，大脑得出了对该场景的“最佳猜测”。以色列巴伊兰大学的神经科学家摩西·巴尔（Moshe Bar）对此进行了大量的研究，他说：“我们看到的是自己预测的结果，而不是客观现实。”
目前有大量的证据支持这一假说，这些证据包括大脑的解剖结构。如果观察大脑视觉皮层的通路，你会发现从视网膜传出电信号的神经远远少于大脑其他区域输入预测信息的神经连接。 6 研究数据表明，在视觉产生的过程中，眼睛起到的作用相对较小（但必不可少），你看到的大部分其实是大脑“在黑暗中”创造出来的事物。
通过测量脑电活动，神经科学家可以实时观察我们大脑的预测效果。例如，巴尔观察到，在视觉处理的最初阶段，即早在我们“看到”图像之前，大脑额叶区域的信号已经传回视觉皮层，而大脑额叶区域与期望的形成有关。 7
我们为何进化出如此观察世界的方式，原因不一而足。首先，通过预测来辅助形成视觉有助于减少大脑实际要处理的感官信息量，从而使大脑专注于最重要的信息，即那些不同寻常的、与当前模拟不相符的内容。
亥姆霍兹指出，大脑对预测机制的依赖也可以帮助我们处理一些极其含糊的内容。 8 请看图1，这是一张真实的、质量粗糙的漂白照片，你可能很难辨认出任何东西。
图1
然而，如果我告诉你画面中有一头奶牛，它的头位于图片左边，正对着你，这时你可能会豁然开朗，觉得图像突然清晰了许多。如果真是这样，你刚刚就经历了大脑的预测处理过程——利用补充的信息提示，重新调整思维模式，从而将图片识别为有意义的东西。
再试一试，你在图2中看到了什么？（尝试至少观察10秒再看后文）
图2
你也许像我一样，起初难以识别出任何具体物象。但如果我告诉你它是一只常见的宠物呢？如果你仍然觉得难以辨认，请参考原始图像（第28页）。现在再来看这幅图片，就会觉得清晰多了。这是因为你的大脑更新了预测结果，因而突然能够识别混乱的图像。 9 一旦看过原图，你几乎不会相信自己曾被这张图片搞得一头雾水。另外，更新后的预测结果能在相当长的时间内起作用。即使一年后再看这张全是黑白斑块的令人费解的图片，它也会比你在第一次看到时容易辨认得多。
大脑会利用它所能获取的任何情景信息来优化其预测，从而迅速影响我们看到的结果。（如果曾在宠物店或兽医诊所看到过这张照片的原图，你就更有可能一眼认出这只狗。）甚至特定的时间点也能决定你的大脑如何处理模糊不清的内容。例如，两位瑞士科学家在苏黎世动物园的入口做了一个调查，他们给游客观看一幅著名的视错觉图片，询问他们看到了什么动物，具体如图3所示。
图3
在10月，约90%的游客声称自己看到了一只向左看的鸟。然而在复活节期间，这一比例下降到20%，绝大多数人认为它是一只向右看的兔子。也许复活节兔对孩子们来说更为重要，因此几乎所有10岁以下的儿童在复活节期间都认为自己看到的是一只兔子。由此可见，大脑这台预测机器曾权衡过哪种解释与当前的视觉画面最匹配，而特定的节日会使预测的天平发生倾斜，从而对人们有意识的视觉体验产生实际的影响。 10
我们现在知道，大脑预期的这种“下行”效应不仅影响视觉，还支配各种感官知觉，并且效果惊人。假设你在雾天开车，如果熟悉路线，那么过去的经验会帮助大脑分辨路标或其他车辆，从而避免事故发生。或者想象一下，你正试图在电话信号不佳时理解对方的话，这时，如果早已熟悉对方的口音和语调，你会更容易猜出对方要表达的意思——这多亏了大脑这台预测机器。
通过预测身体运动的结果，大脑可以抑制身体的一部分和另一部分碰触时的感觉。因此，当我们的一条腿碰到另一条腿，或者手臂碰到身体时，我们不会吓一大跳。（也正因如此，我们挠自己痒痒时不觉得痒。）有些人在截肢后会出现幻肢痛，这是因为大脑的模拟发生了错误。大脑没有完全更新人体地图，误以为被截掉的肢体正在遭受痛苦。
大脑对我们周围世界的模拟不可避免地会出现一些小错误，例如认错一个物体或听错一个句子（很快就被纠正了）。然而，这些模拟偶尔也会错得不着边际，例如过高的期望会导致人们产生逼真的幻觉，对现实世界中不存在的事物信以为真，英国盖特威克机场的无人机事件就是如此。
有一个精彩的实验可以证明这一点。受试者应要求观看一个随机分布着灰点的屏幕（就像未调试的模拟电视上的“雪花”），并且被暗示屏幕上会出现面孔的图像。其实，屏幕上除了随机的视觉噪声，什么也没有，但是仍有34%的受试者称他们看到了面孔。受试者们期待看到脸部的图像，这导致他们的大脑在一片灰点中强化了某些像素图案，从而频繁出现幻觉，看到有意义的图像。此外，脑部扫描显示，在受试者的大脑形成幻觉的同时，受试者与面部感知相关的大脑区域表现出神经活动增强的迹象。 11 显而易见，眼见不一定为实，所信才是所见。
不仅如此，期望还可以让人产生幻听。荷兰研究人员曾经告诉一些学生，他们可能在一段白噪声中听到平·克劳斯贝（Bing Crosby）
所演唱的《白色圣诞》（
White Christmas
）
，只不过歌声较轻。事实上，那段白噪声中没有掺杂任何音乐元素，但将近1/3的受试者称自己确实听到了这首歌。学生们认为自己即将听到这首歌，这样的想法导致他们的大脑以与平时不同的方式处理那段白噪声，强调了一些音乐元素，同时弱化了其他元素，直到学生们产生了幻听。有趣的是，后续一项研究发现，人们在精神紧张并摄入咖啡因后，更容易出现这种幻听现象。咖啡因被认为是一种轻度致幻物质，它可能会使大脑更加相信其预测。
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回想盖特威克机场的那些安保人员，不难推测：机场上空可能有许多分辨不清的东西，比如鸟或直升机，它们很容易让预测机器做出错误判断；而安保人员太害怕会发生恐怖袭击，以至于产生了冬日的灰蒙蒙天空中有无人机飞行的幻觉。目击报告出现得越多，期望自己看到无人机的人也就越多。如果科学家当时能够检查目击者的大脑，可能会发现他们的大脑活动与正在观察真实无人机的人的大脑活动是完全相同的。 13
这种短暂的幻觉可能源于大脑这台预测机器在其他情况下所犯的错误。例如，极地探险家经常会产生一些奇怪幻觉，这是由于极地一望无垠的白色环境——有人称之为“白色黑暗”——对大脑的预测模拟造成了干扰。
罗阿尔德·阿蒙森（Roald Amundsen）
的南极探险队遇到的情况就极具代表性。1911年12月13日，阿蒙森的探险队已经非常接近极地了，但是他们担心竞争对手罗伯特·福尔肯·斯科特（Robert Falcon Scott）的探险队会比他们更早到达目的地。在他们扎营的时候，队员斯韦勒·赫尔格·哈塞尔（Sverre Helge Hassel）大声喊道，他发现远处有人移动。很快，所有队员都看到了远处的人。然而，当队员们跑到前方时，他们很快发现，那只不过是他们自己的狗在雪地上拉的一堆粪便。探险家们的大脑把一堆粪便当成了他们的对手。
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许多所谓不同寻常的经历很可能都是这样发生的。例如，2019年4月15日巴黎圣母院发生火灾时，一些目击者声称在火焰中看到了耶稣的影子。 15 有人认为那是上帝在表示对巴黎圣母院被烧毁的不满，也有人认为那是上帝在试图安慰受害者。但科学家称，是目击者潜意识的作用让他们的大脑在模糊的光影中构建出幻象。每当有人声称看见鬼魂，或在收音机的杂音中听到亡灵的声音，或在云层中看到猫王（Elvis Presley）的形象，罪魁祸首可能都是过于活跃的大脑。这些现象都是大脑理解外部世界的自然结果。当然，如果你有宗教信仰或迷信心理，它们发生的概率会更大。
运动员和裁判员在出现判罚争议时，最好不要忘记大脑预测机器带来的影响。当网球选手和裁判员为一个球争吵不休时，这反映了二者感知体验的巨大差异：一个人“看到”球在场内，另一个则“看到”球在场外。双方既不是犯傻也没有撒谎——他们的大脑对周围世界的模拟不同，导致他们对同一事件产生了截然不同的判断。对每个人来说，这种感觉就像草是绿色的或天是蓝色的一样“真实”。尤其对信心满满的球员来说，在没有任何欺骗意图的前提下，他可能已经准备好看到球落在对他有利的位置，这会影响他的感知。心理学家将这种现象称为“愿望视觉化”。 16
在盖特威克机场发生无人机“袭击”事件时，机场的警察高估了目击事件的可信度。然而大脑是一台预测机器，这表明机场可能并不存在绝对客观的目击者。正如神经学家阿尼尔·赛斯（Anil Seth）所说：“我们并非被动地感受世界，相反，我们在积极地创造世界。我们由内而外感知的世界绝不会逊色于我们由外而内感知的世界。” 17 大脑的期望错综复杂地交织在我们感知的一切中。
这种内在主观性具有非常深远的哲学意义。我们很快就会讲到，将大脑看成一种预测机器的理论对我们的健康同样有着重要的影响。这一发现远远比解释不可思议的视觉幻象更重要。为了解释其中缘由，我们来认识一位不同寻常的患者。