► 西班牙画家达利的作品《贩卖奴隶市场与不明显的伏尔泰半身像》

撰文 | 林凤生（上海《自然》杂志编审、上海大学退休教授）

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1832年的一天，瑞士晶体学家内克尔在用显微镜观察一块晶体时，看的虽然是晶体切片的平面像，却觉得图像是立体的。而且，它的空间朝向还会发生翻转：一会儿朝左，一会儿又朝右，还在反复地切换。这究竟是为什么呢？

原来，内克尔见到的是一种很有代表性的图形，后来科学家把它称为内克尔立方体。这类图形的特点是能够给观者的认知系统提供两种模棱两可的信息，于是大脑也举棋不定，不知采纳哪一种信息好。当观者采信甲，头脑中就会映现出“甲图”，当观者采信乙，头脑里就会映现出“乙图”，但绝对不会出现非甲非乙或半甲半乙的情况。就像《红楼梦》里王熙凤说的：“不是东风压倒西风，就是西风压倒东风。”心理学把这一类图形称为“交变图”。

交变图的神奇，引起了人们的兴趣，不少人纷纷研究出一些有趣的作品来。其中，以利用“图-底”结构的图像最夺人眼球。那么，什么是“图-底”结构呢？专门研究视觉图像的格式塔心理学告诉我们，人在审视一个画面时，第一步先要把图和底分离开来，尽管这种分离有时并不容易。例如，一张白纸的中央画了一个圆，那么观者可以把圆内部分看成图，圆外部分就成了底。有了这样主观的认识，你会觉得圆内部分似乎变得密度更大，有点微微向外凸起。当然，你也可以把圆外部分看成图，那么圆内部分便成了底，感觉就像在木板中央挖出了一个洞。当“图-底”这两种选择势均力敌的时候，大脑就会出现与看到内克尔立方体类似的情况，不知该采纳哪一种“图-底”结构好，于是这两种图像便会在大脑中交替出现。

下图是近年来比较有名的错觉图，它可以分为上下两个部分（左右图只是颜色不同），下部是心理学里非常著名的一幅用“图-底”结构表现的交变图——奖杯和人脸。初看画的中央放着一个奖杯，但继续观看，可以把图形看成是两张脸的侧视图。本来奖杯是图，其他部分是底，而现在人脸的轮廓线成了图形，原先的奖杯成了背景，这两种图形不会在同一时刻被看到，要么看到奖杯，要么看到人脸的侧面。观者的感觉会在这两种图形之间反复。这幅图的特别之处还在于作者在这幅传统的变形图上加了窗帘，从而显示了另外一种视错觉——怀特效应。

图中的奖杯涂的是一种均匀的颜色，但是在彩色窗帘的映衬下左右两边显示出不同的色彩深度。交变图的研究虽然只有短短100多年的历史，事实上建筑师和工匠们早就对此进行了广泛应用。我们在庞贝古城遗址的阿波罗神庙里可以看到一片由不同颜色的大理石镶嵌而成的地面，上面的图案就是由许许多多内克尔立方体组成的方阵。这块地面看起来凹凸不平，随着观者的观赏角度不同，还会显示出两种不同样式的台阶，实际上它是一个平面。

► 庞贝古城遗址中的一块大理石地面

形形色色的交变图和由此产生的视错觉自然也会影响到画家的创作，他们欣然地拿来，把它作为一种视觉元素融合到自己的画作里去。荷兰版画家埃舍尔是一位备受科学家推崇的画家。他常常采用周期镶嵌、变形、对称和二维到三维的转变等多重手法，创作了许多富含科学内涵、让人耳目一新的佳作。

► 荷兰版画家埃舍尔的作品《骑士》

他曾巧用“图-底”结构形式绘制了一幅《骑士》图。初看此图，可见三队白色骑士排着整齐的队伍向右前进。倘若把白色的部分看成图底，那么黑色的图形就会显示出另外三队骑士在向左前进。不仅如此，埃舍尔在这幅画里还增添了更多的元素：画面显示了多种对称和重复，设想把画面展开，那么无论黑、白两种队列都可以无限制地重复。画面隐含着动感，观者可以隐隐觉得白队骑士在缓缓向右前进时，黑队骑士以同样的速度在向左运动。诺贝尔物理学奖得主李正道对此画十分赞赏。他认为，埃舍尔的这幅画表达了现代科学里的CP对称，如果你想象马是在运动中，它也提示了CPT的对称性。在物理学中，我们用C表示粒子和反粒子的交换，P表示左和右的交换，T表示过去和将来交换。虽然它们单独的对称是不符合自然规律，但是如果这三者同时进行，那么所有的物理定律是对称的，这就是CPT对称性。

还有一种图与交变图有异曲同工之妙：也是一张图可以有两种不同的解释，主要取决于观者把图看成一个整体，还是着眼于图中的各个细节。那么，大脑究竟是先看到局部还是整体呢?这是一个现在还争论不休的问题。大量的神经生理学证据支持神经系统首先抽提视觉刺激的局部特征，然后再把它们综合成整体的观点，而格式塔心理学则认为观众会先看到整体。西班牙超现实主义大师达利曾创作了一幅《贩卖奴隶市场与不明显的伏尔泰半身像》（见题图）。此画展示了达利作品的一贯风格：光怪陆离、气势恢宏。通过题目我们知道画的是一个奴隶交易市场，画的中央有两个穆斯林装束的人正在与两个穿着黑白衣服的人在说些什么。当我们离开画远一点，观看画的左半部分，这时候画上断垣残壁的穹顶下沿就变成哲学家伏尔泰的头部轮廓，几个人物的细节就会逐渐模糊，融合起来变成了伏尔泰的脸部和颈部。两个穿黑白衣服人的脸部便成了伏尔泰的双眸。

西班牙画家达利是20世纪最伟大的画家之一，他的作品以想象力丰富、画面诡谲奇异的超现实主义风格而享誉画坛。他说自己的画反映了做梦的场景。但是，有批评家说：“这样的画面显然经过深思熟虑，很难说是做梦的产物。”批评他“用虚假的弗洛伊德话语掩饰了传统的绘画技法”。连弗洛伊德本人在一次参观了达利画展后说：“你的画不是无意识，而是有意识。”

笔者认同这样的观点，因为在达利的作品里经常会发现他采用视错觉元素来为画面增加惊悚气氛。美国神经科学家苏珊娜·马蒂内兹-康德对在达利这幅作品里可以感知两种可能的图像的科学道理做了这样的解释。她说：“我们的大脑感知的是一个粗糙、大致接近真实的世界。由于无法处理外部每一件事物的信息，因此大脑只能对感知到的信息做简化处理，只收录最关键的现场信息，如边缘、拐角和轮廓线。对于图像模糊的地方，大脑会把原来储存的记忆和大脑预期的信息填充进去，从而形成了“完整”的图像。就像图中的伏尔泰的耳朵、颈部的细节全部都缺失了，需要观众用不同的方式去补充，这样的图很容易显得模棱两可。”

至于为什么我们见到的图像会在两种感知的图像之间变来变去？功能磁共振成像技术大脑扫描显示，有两个相对独立的神经元区域分别对每一种可能感知的图像进行了编码。根据这些实验资料，英国牛津大学神经科学家安德鲁·帕克和克里斯廷·克鲁格假设，我们看到某一种图是因为与此对应的神经元区域比与另一种图对应的神经元区域更活跃的缘故，当由于某种原因，与之对抗的神经元区域活动积极程度提高并且占上了风时，观众看到的图像就会改变了。他们在猴子的身体上做过类似的实验，并且得到了证实。

注：本文转载自《科学画报》，经作者授权转发。

制版编辑：常春藤