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图4-14
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这个模型是这样工作的：当阵列中的某一个单元由两眼获得了相同的输入信号时，它会呈现开启的状态（黑的或白的），这包含了第一个假设（每个标志锚定于一个平面）。由于各单位是相互作用的，激活一个单位会促使其上下临近单位的激活。排列在相同视线的不同匹配单位彼此相互约束，这包含了第二个假设（没有沿着一条视线而校准一致的标志）。在附近深度的临近点单位彼此相互激活，这包含了第三个假设（物质是具有内聚性的）。这些被激活的单位围绕着网络回荡着，网络最终稳定下来，那些激活的单位描绘出一个具有深度的轮廓。在图4-14中，那些填入的单位呈现出悬在背景之上的一道边缘。
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在限制性满意技术中，数千个处理器做了许多临时的猜测，在众多猜测中甄选出一个整体答案，这种技术是与认为大脑的工作是许多个相互作用的处理器平行计算的一般性观点相一致的。它也抓住了一些心理学的要旨。在看一个复杂的随机散点立体视图时，你往往不能看到隐藏的图像同时显现出来。杂乱无章的图案中会跳出一些边缘，然后逐渐凸显为一片图案，从而使得另一侧的模糊边缘变得清晰明确，直到整个形状结合而成。我们体会到最后图案的出现，却没有感受到处理器实现这一结果的努力过程。这种体会很好地提醒了我们：在我们观看和思考时，许多信息加工处理都在我们意识水平之下反复进行着。
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马尔·伯吉奥模型抓住了大脑对立体视觉计算的要旨，但我们真正的大脑回路要复杂得多。实验已经证明了，当人们被置于违背了唯一性和平滑性假设的人工操控的世界中时，他们观察的能力并不像模型预测得那么差。大脑一定在运用其他信息来帮助解决匹配问题，比方说，眼中的世界就不是散点组成的。大脑能够将所有小斜纹、T形、锯齿形、墨迹斑点以及两眼视觉中的其他点点划划都匹配在一起（这些东西即使对于一个随机散点立体图来说也绰绰有余）。点划之间的错误匹配要比点与点之间的错误匹配少得多，因此需要被排除的匹配数量就显著减少了。
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另一种匹配方式是，利用两只眼睛在几何意义上会给我们带来不同效果的原理，这是达·芬奇注意到的：一个物体有一些部分是一只眼睛能看到而另一只眼看不到的。垂直拿着一支钢笔放在面前，钢笔的夹子朝外呈11点钟方向。当你轮番闭上每只眼睛时，你会发现，只有左眼能看到钢笔夹；右眼看不到，这是因为钢笔夹隐藏到了钢笔其余部分之后。自然选择在设计大脑时是像达·芬奇那么精明，让大脑用这个重要线索来确定物体边缘吗？还是大脑忽略了这个线索，不情愿地将每个错误匹配都记录为物质内聚性假设的例外情况？心理学家肯·中山（Ken Nakayama）和下条绅介（Shinsuke Shimojo）证明了自然选择并没有忽视这条线索。他们设计了一个随机散点立体视图，其深度信息不是以更迭散点排列，而是以一只眼睛能看见而另一只眼睛看不见的位置排列的。那些点位于一个想象中的正方形的四角，一些点只在右眼图像的右上角和右下角，一些点只在左眼图像的左上角和左下角。当人们看这个立体图时，他们看到一个由四点界定的悬浮正方形，这说明大脑确实将只有一只眼能看到的图像解释为空中的边缘。中山与心理学家巴顿·安德森（Barton Anderson）认为，有一些神经元发现了这些阻隔；它们会对一只眼睛见到的一对标记做出反应——其中一个标记能够和另一只眼见到的标记加以匹配，而另一个标记却无法找到配对。这些三维立体的边界探测器会帮助立体网络在悬浮的碎片轮廓中确定位置。
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立体视觉不是两只眼睛凭空具有的，这种回路必须在大脑中布线。我们知道这个情况，因为大约有2%的人每只眼都看得很清楚，但用中央独视眼却看不到；随机散点立体视图对他们来说仍然是平的。另外4%的人只能很模糊地看到立体图。还有更多的一些少数人群有着更特别的欠缺：一些人看不到固定点后的立体深度；另一些人看不到固定点前的立体深度。惠特曼·理查德（Whitman Richards）发现了这些立体视盲形式，他提出假说认为，大脑有三组神经元来检测双眼中点位的差异。一组神经元负责完全巧合或几乎完全巧合的成对的点，为了达到在聚焦点的细致深度知觉。另一组负责鼻子侧面的成对点，这是为了看到更远的物体。第三组神经元则是负责视网膜上接近太阳穴部分的影像，也就是由较近物体所产生的投影。具有所有这些特性的神经元在猴子和猫的脑中都已经被找到了。不同种类的立体视盲似乎是遗传性的，这说明，每组神经元都是由不同的基因组合设置的。
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立体视觉并不是生来就有的，如果在儿童时期或动物幼年时一只眼睛由于白内障或戴眼罩而得不到信息输入，就可能永远不能形成立体视觉。到此为止，这听起来就像一堂乏味的课程，讲述立体视觉就像其他任何东西一样，是先天与后天的混合物。但一个更好的理解方式是：大脑需要组合加工，这种组合加工需要各个项目根据展开的时间表来排程。这个时间表不在乎生物体何时从子宫中脱胎而出；布置顺序可以在出生后再进行。这个过程在关键结合点处还需要基因所无法预测的信息输入。
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立体视觉似乎是在婴儿时期突然出现的。当新生儿按照规律的时间间隔被带到实验室时，他们一周接一周都对立体视图无动于衷，然后突然他们就被吸引住了。在接近那个创纪元式的星期，通常是出生3～4个月后，婴儿开始自然、适当地做出对眼状（例如，当他们自然地跟踪一个放到鼻子前面的玩具时），他们还会觉得彼此冲突的视觉——每只眼睛看到的模式不同——很困惑，而在之前他们会觉得那些很有趣。
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这不是说婴幼儿“学会了立体视觉”。心理学家理查德·海尔德（Richard Held）给出了一个更简单的解释。当婴儿刚出生时，视觉皮质接受层的每个神经元将双眼相应位置的输入累加起来，而不是将这些输入分隔开来。大脑没办法区分某一点的模式来自哪只眼，而只是以一种二维平面的方式，将一只眼睛看到的融汇到另一只眼睛看到的上面去。如果没有关于一个弯曲线来自哪只眼睛这样的信息，立体视觉、会聚性以及对斥性在逻辑上都是不可能的。大约以3个月为界，每个神经元都确定了一只回应的主导眼睛。连接下端的神经元现在可以知晓，一个标志何时落入一只眼睛的一个区域和另一只眼睛的相同区域，或是略微有所转移的区域——这对立体视觉是有利的东西。
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这种情况在猫和猴子身上都是确定发生的，它们的大脑可以得到直接的研究。动物的皮质一旦可以区分两只眼睛，动物就能看到有深度的立体视觉。这说明当输入开始被贴上“左眼”或“右眼”的标签加以区分时，下游一层的立体计算回路其实已经安装好并开始工作了。对于猴子来说，所有这些在两个月内就都结束了：那时每个神经元都有了主导眼，幼猴可以看到立体深度。与其他灵长类动物相比，人类有些“晚熟”：婴儿出生得早，而且出生时没有任何能力，要在子宫外完成他们的发育。按照幼儿期的时间长度比例，人类婴儿比猴子要出生得早，因此从出生日开始测算，人类双眼脑回路配置的出现时间要稍晚。更一般地讲，生物学家比较了不同动物视觉系统的成熟阶段时间，这些动物有些出生得早且无助，另一些稍晚而且一出生就能看见。他们发现，无论之后的发育是在子宫内进行还是在出生后的世界上进行，其顺序都是基本一致的。
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关键左眼神经元和关键右眼神经元的出现可能会为具体经历所打断。生物学家戴维·胡贝尔（David Hubel）和托斯滕·韦塞尔（Torsten Wiesel）养育了一只眼睛被蒙着的小猫和小猴子，它们脑皮质的输入神经元全部调向了另外一只眼，使得这些动物那只被蒙上的眼睛在功能上等同于视盲。如果眼睛是在动物发育的关键期被蒙上的，那么即使只是短暂剥夺视觉输入，这种损害也是永久性的。对于猴子来说，视觉系统在出生后的前两周尤其脆弱，这种脆弱性在第一年内逐渐减弱直至停止。而蒙上成年猴子的眼睛即使长达4年之久，也不会有所损害。
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乍一看，这好像是“用进废退”的一个例子，但是我们还有另外的发现。当胡贝尔和韦塞尔给小动物蒙上双眼时，大脑并没有显示出双倍的损害——一半的细胞显示根本没有被损害。单眼蒙罩实验的摧残不是由于被蒙眼睛的神经元得不到输入，而是由于来自未蒙眼的输入信号在途中挤走了被蒙眼的输入信号。两只眼睛是同时在争夺着视觉皮层中处理输入信号层面里的神经元的。每个神经元在开始时具有对这只眼或那只眼的细微偏向，而眼睛的输入扩大了这一偏向，直到神经元可以独自做出反应。输入甚至无须来自外部世界，来自中途中间站的激活波——一种内部产生的测试模式，就能起到这个作用。若把学习理解为吸收录入来自外部世界信息的话，成长发育的长篇历程尽管对动物经历的变化很敏感，但还不完全是“学习”。就像一个建筑师将一个粗略的毛坯交给一个低级的工匠来雕琢外观轮廓一样，基因构建了原始的具有眼睛偏向的神经元，然后启动了一个确保可以将之明确化的过程，除非一个神经生物学家插手多事。
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一旦大脑将左眼影像与右眼影像分隔开来，随后的神经元层就可以比较它们表示深度的细微差异了。尽管仍然是以令人惊奇的方式进行的，这些回路也可以由于动物的经历而得到修改。如果实验者通过切掉一块眼部肌肉而使得动物变得对眼或斜视，其目光就会指向不同的方向，永远也不会同时在两个视网膜上看到相同的东西了。当然，目光朝向并没有分开180度，所以在理论上大脑能够学习匹配那些确实重叠的不正常的分隔部分。但很显然，它没有具备能够对双眼交叉较大度数进行匹配的能力；这样的动物长大后会成为立体视盲，而且往往两眼中会有一只在功能上视盲，这种状况被称为弱视。弱视有时被称为“懒惰眼”，但其实这是误导。不敏感的是大脑，而非眼睛；而这种不敏感性是由于大脑以一种恒久的竞争去主动压抑一只眼的输入，而不是由于大脑懒散地忽略它。
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同样的情况也可以发生在孩子身上。如果一只眼睛比另一只眼睛更加远视些，孩子会习惯上努力去聚焦于近处的物体，而连接聚焦和会聚的反射会使得眼睛内曲。两只眼睛指向不同的方向（这种情况被称为斜视），它们的视界校准得不够贴近，使大脑无法使用其中的差异信息。这种孩子长大后会患斜视和伴随立体视盲，除非及早对眼部肌肉做手术调整眼部肌肉好让两眼能协调运作。直到胡贝尔和韦塞尔在猴子身上发现了这些结果，以及海尔德在孩子们身上发现了类似的情况，人们之前一直认为对斜视的手术仅供外表美观所用，而且只限于学龄儿童。但对双眼神经元的适当校准有一个关键期，它要比单眼神经元的校准关键期稍长些，但大概快到一两岁时会逐渐消退。在这个时间之后做手术往往已经太晚了。
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为什么会有一个关键期，而不是天生设定或终身都会因经历而改变呢？对于小猫、猴子和人类婴儿，脸部出生后都一直在生长，眼睛之间的距离被迫越来越远。眼睛的相对观察点也在变化，神经元必须持续不断地调整检测到的双眼间差距幅度。基因无法预测观察点的扩展度，因为扩展度有赖于其他基因、营养和各种意外事件。所以，神经元会在个体成长的一定期间内对不断相互分离的双眼进行着追踪。当眼睛移动到它们在成年个体的头骨上应有的位置时，这种需求就消失了，也就是说，关键期在这时结束了。有些动物，比如像兔子，它们的眼睛已经确定在成年的脸部位置中，脸也几乎不怎么生长了。这些一般会是猎食动物，它们不能享受奢侈而漫长的无助的童年期。从两眼中接收输入的神经元不需要重新调整自己，事实上这些动物在出生时就已完成布线，而无须一个对输入敏感的关键期。
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对不同物种双眼视觉可调性的发现，为一般意义的学习提供了一种新的思考方式。学习往往被描述为对模糊脑组织有着不可或缺的塑造作用。然而事实上这个过程存在的原因，却有可能只是为了让那些需要进行自我组装的动物，能满足它们在适应过程中所发展出对排定组装时刻表的需求而已。基因组尽其所能构建了这个动物，对无法提前确定的动物构造部分（比如对双眼以不可预知的速率逐渐分开的适当设置），基因组在成长发育中最需要的时候开启了一种信息搜集机制。在《语言本能》一书中，我阐述了一种对儿童语言学习关键期的类似解释。
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我带着你了解了神奇眼立体视图，不仅仅是因为理解魔术很有趣。我认为立体视觉是一个自然的荣耀，也是心智其他部分可能会如何工作的一个范式。立体视觉是我们体会一种特别意识的信息处理，一个心智计算与意识之间的连接，这种连接非常合乎规则，计算机程序员能够将它操控并迷倒数百万人。它是一个几种意义上的模块：它无须心智的其他部分而独立工作（不需要可识别的物体），心智的其他部分没有它也同样可以工作（如果必须的话，可以用其他深度分析法来获知），它在大脑的回路布置上强加了特别的需求，它还有赖于针对其问题的具体原则（双目平行的几何学）。尽管立体视觉的发展是在儿童期进行的，而且对个人经历很敏感，但它并不能被深刻地描述为“学习得到的”或是“先天与后天的混合产物”；这个发展过程只不过是一个组装时刻表里的一部分而已，对经验体会的敏感性是一个结构化的系统对信息的外接纳入。立体视觉展示了自然选择的工程设计智慧，它利用了精妙的光学定理，这些定理在数百万年后又被如达·芬奇、开普勒、惠特斯通以及空中侦察的工程师们重新发现。这种能力会出现的原因，是因为个体要适应存在于我们祖先生态环境中特定的选择压力。它通过做出关于世界的前提假设而解决了本不可解决的问题，这些假设在我们演化时是正确的，但现在却不总是正确。
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心智探奇：人类心智的起源与进化 [:1701549389]
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光、影、形：景物转图像3法则
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立体视觉是辨别平面深度和材质的视力发育关键早期的一部分，但并不是唯一的部分。看到三维并不需要两只眼睛。你可以从一幅图片的最简单线索中获得对形状和材质的丰富感觉。下面我们来看看这些由心理学家爱德华·埃德尔森（Edward Adelson）设计的图案（见图4-15）。
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图4-15
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图4-15左边这个图案看上去是有竖直灰条的白纸板，水平折叠，光从上面照下来。右边那个看上去是有水平灰条的白纸板，竖直折叠，光从侧面照过来。如果你盯的时间足够长，两幅图都会在深度上翻转，像内克尔立方体一样；我们先忽略这点。但两幅图中的用墨（以及在你的视网膜上的映像）实际上却是相同的。每幅都是一个锯齿形井字方格，其中一些方格中有阴影。在两幅图中，各角的方格都是白色的，顶端和侧面的方格是浅灰色的，中间的方格是深灰色的。阴影和锯齿的组合不知为何形成了第三维空间，而且给每个方格着了色，只是以不同的方式而已。标注“1”的边界实际上在两幅图中都一样。但在左图中，这条线看起来就像是一条区分了不同色彩的分界线——也就是介于白色条纹和灰色条纹之间的边界；而在右图中，这条线看起来则像是由形状和阴影所造成的分界线——也就是一条白色条纹落入褶纹另一条阴影中所造成的边界线。以数字“2”标注的两条边界线其实也是相同的边界，只是我们对它们进行诠释的方式刚好与上述相反：那就是左图当中的边线是阴影和褶纹造成的边线，而右图当中的边线则是由不同色彩的条纹所造成的边线。所有这些差异，都是由两个图当中以不同方向扭曲的方块所制造出来的！
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