知觉学习
“捕风者”曹全全在节目中的挑战项目是在一个电影片段中插入另一部电影的一帧,他需要分辨这一帧画面来自于哪部电影。一般人(如在场嘉宾)在42ms的时间内只能看到画面“闪”了一下,而曹全全则可以在这段时间内分辨出画面的内容,再判断这一画面来自于哪一部电影。除对电影画面的记忆能力之外,他的毫秒级别的视觉辨别能力似乎更加让人惊叹。
然而事实上,普通人的视觉系统在经过足够的练习后,几乎都可以达到这种辨别能力,而这种练习过程在心理学研究领域中则被称为“知觉学习”。
在知觉学习的经典实验范式中,由Karni和Sagi最早使用的纹理辨别任务(TDT)与曹全全的挑战最为相似,同样都是在极短的时间内呈现刺激然后进行视觉辨别和判断。
从视觉辨认角度来说,TDT的实验任务可能比曹全全的挑战任务还要困难,实验结果证明通过10天左右的知觉学习训练便可以让每一个普通人具备类似曹全全的视觉辨别能力。
▲“捕风者”曹全全在《最强大脑》中的表演项目(A)以及经典知觉学习研究中使用的实验刺激(B)和TDT实验范式(C)
除了纹理辨别任务外,知觉学习还可以通过训练提高人们对其他基本视觉特征的辨别能力,包括视觉对比度、空间视敏度、刺激朝向、运动方向等。
此外,在触觉和听觉方面也存在知觉学习的效应,如通过训练提高手指对振动频率的辨别能力以及听觉系统对声音时长的辨别能力等。
知觉学习的研究对心理学、认知科学和脑科学都具有重要的意义,因为它是大脑可塑性的具体表现。此外,研究知觉学习对于感觉训练和感觉系统神经性疾病的康复也有着重要的指导作用,给成年弱视患者的治疗带来了曙光。
多客体追踪
在第三季的节目中,苏清波第二次挑战的“奔跑的力量”被嘉宾公认为本季难度最高的项目。
这项挑战中,50位奔跑者在巨型广场上自由跑动15min,选手需要在这段时间内同时观察和记忆50条奔跑路线,随后绘制出嘉宾指定的任一条路线。苏清波的精彩表现令所有人惊叹不已,他在这里展现出的是远远超过常人的多客体追踪能力。
▲苏清波在《最强大脑》节目中的挑战项目“奔跑的力量”(A)及多客体追踪研究中的经典范式(B)
在日常生活中,人们常常需要同时关注和追踪多个物体。足球运动员必须追踪队友和对手的跑位,以及球的位置;警察需要同时追踪人群中多个个体的行动,找出潜在的安全隐患。
近30年来,科学家针对多客体追踪背后的心理机制做了大量探索,发现了一些行为及脑成像方面的规律。
多客体追踪任务究竟用到了何种基本认知功能?科学家认为,多客体追踪和视觉注意密切相关。
人脑的注意资源是有限的,如果将注意比作一盏聚光灯,那么我们的聚光灯在同一时刻只能照亮视野中的一小块区域。然而多客体追踪的研究暗示,人类的注意可能是多盏聚光灯并行工作,照亮视野中的不同区域,这一假说被称为多焦点注意,有部分科学家支持该假说。另一部分研究者认为,人脑注意的焦点只有一个,但是可以在不同物体之间切换。
以上两种学说均有充分的实验证据支持,多客体追踪的机制尚无定论。
多客体追踪是否可能被学习? 心理学家的答案是肯定的,但需要长时间或在特定条件下训练。
2006年,Green和Bavelier发现电子游戏玩家的追踪容量比非玩家多两项,这可能和玩家在游戏中需主动分配注意资源有关。随后他们让非游戏玩家进行一个月的“第一人称”射击游戏训练,结果发现长时间的注意训练显著提高了多客体追踪容量。人脑的哪些区域参与了多客体追踪任务? 科学家借助脑成像技术,发现和多客体追踪有关的脑区包括上顶叶、额叶眼区、顶内沟和颞中回运动区。
生物运动
第三季节目中最大的争议来自于苏清波挑战的“光点美人”项目。挑战过程中,选手首先现场观看一段集体舞。每位成员的舞蹈动作被记录之后以光点运动的形式呈现出来,选手需要找出指定成员对应的光点信息。
该项挑战最终得到的难度系数分并不高,嘉宾对此感到难以理解。那么,这项任务的难度究竟如何? 它背后的心理学现象是什么呢?
日常生活中,我们有时看不清远处人的面孔,但是仅凭走路姿态就能判断出这个人是谁。我们是凭借生物运动信息来帮助识别的。
生物运动是人类和动物固有的运动模式,如行走、奔跑和舞蹈等。研究发现,人类对于生物运动信息极为敏感,很擅长识别光点运动刺激。另外,在鸽子和鸡等动物上也发现了对生物运动信息的偏好,说明这可能是一种跨种系存在的普遍现象。
▲苏清波在“最强大脑”节目中的挑战项目“光点美人”(A)及生物运动经典研究中使用的模拟人类行走的光点运动刺激(B)
人类对生物运动的识别能力,究竟是先天具备还是后天习得的呢?
研究者发现,对生物运动信息的识别能力在出生两天的婴儿中即已经体现,对生物运动的检测是人类视觉系统的相对天生的固有能力。在进化过程中,人类和动物形成了对种群中其他个体更加关注的偏好。
人类和动物天生就擅长处理生物运动信息,大脑中也存在专门加工生物运动信息的结构。虽然上述的科学发现使得苏清波挑战的“光点美人”的项目难度不高,但这恰恰也说明人类大脑的强大之处。
人脑中存在许多负责某一特定功能的模块化结构,使我们能够轻松地完成各种人类独有的、看似神奇的任务。这些还只是大脑功能的冰山一角,人类对于大脑的探索刚刚起步,还有更多秘密等待心理学家发现。
通过对以上四个挑战项目的分析,得到如下启示:
*超常能力的背后除了天生优势以外,很多来自于后天的训练。
*科学发现时常是和常识背离的,如上述研究所证明的那样。
*科研工作者需要分配出一定的时间和精力,把科学知识转化为大众喜闻乐见的内容和形式传播开来。
*对心理学、认知科学和脑科学来说,这有非常重要的现实意义:脑科学与类脑研究在“十三五”规划纲要中被确定为体现国家战略意图的重大科技创新项目和工程之一,“中国脑计划”也箭在弦上。不仅要在管理层面和学术层面形成合力,更需要向广大民众介绍心理学、认知科学和脑科学的重要性,为学科的长远发展打下基础。
作者:Dr.魏(魏坤琳) 方方
编辑:顾军
责任编辑:姜澎
来源:微信公众号“中国科学杂志社”