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編語：藝術(shù)是發(fā)現(xiàn)真實，還是發(fā)明真實？所有的認知都與我們的感官發(fā)育和神經(jīng)系統(tǒng)演化有關(guān)，“真實”對應(yīng)著我們的特定感官結(jié)構(gòu)和大腦認知特性，只有在發(fā)明中我們才能獲得自由。藝術(shù)的核心就是用不同的方式和角度去感悟和呈現(xiàn)外界，這就是所謂藝術(shù)創(chuàng)造性。是藝術(shù)的創(chuàng)作自由，讓藝術(shù)獲得了真正的價值。 此文系作者于2018年11月在金觀濤老師主持的中國美院中國思想史與書畫研究中心一次學術(shù)會議上的發(fā)言，由該中心的王嘉穎同學依據(jù)錄音整理，已收錄在《中國思想史與書畫教學研究集》(第七輯)，該書即將由中國美術(shù)學院出版社出版。本文經(jīng)作者授權(quán)發(fā)表。 大家好，我很高興能到中國美院跟各位做這樣一個分享。今天報告題目是:Art from a Neuroscience Perspective，從腦神經(jīng)科學的視角看藝術(shù)。 Figure1 《藝術(shù)三萬年》 這是我今年剛譯完的一本書，是英國的費頓公司（PHAIDON）的《藝術(shù)三萬年》（30000 Years of Art），這是一本按編年史方式編寫的世界藝術(shù)史。本書介紹的第一件作品是三萬年前在德國一個叫Hohlenstein-Stadel的洞穴中發(fā)現(xiàn)的猛犸象牙獅頭人身雕刻。 Figure2 德國Hohlenstein-Stadel獅頭人身猛犸象牙雕刻 第二件作品是一個彩繪的石灰石維納斯雕像，來自奧地利的Willendorf，距今大概兩萬五千年。 Figure3 奧地利的Willendorf彩繪石維納斯石雕 全書共介紹了世界各地的600個作品，時間從三萬年前一直跨越到20世紀末。下圖是書中的部分作品。 Figure 4 《藝術(shù)三萬年》作品 第一排的作品最古老，第一、第二個就是上面介紹的德國猛犸象牙雕和維納斯石雕，第三個是公元前15000年前西班牙的Altamira洞穴壁畫，第三個是公元前5000年前的羅馬尼亞赤陶雕塑，第四個是公元前5000年伊拉克的Samarra彩碟，最后一個是公元前3500年前意大利的十字架型女性雕塑，非常抽象寫意，材料是大理石。 中間這層也很古老，第一個是公元前2450年前埃及的一個石灰?guī)r雕塑，即便以現(xiàn)代標準看也算很具象和寫實。第二個是現(xiàn)藏于紐約的一個希臘大理石雕刻作品，時間是公元前585年。下一個是公元前540年前希臘的彩陶黑像畫，再下一個是公元前400年前塔吉克斯坦用黃金制作的二輪戰(zhàn)車，最后一個是公元前100年意大利的亞歷山大馬賽克壁畫。 第三排是較為近代的作品，第一個是文藝復(fù)興時期的宗教繪畫（《哀悼基督》，意大利，公元1303年），第二個是伊朗的建筑馬賽克裝潢藝術(shù)米哈拉布神龕（公元1354年）抽象作品。后面三個作品，實際上在探求藝術(shù)的科學問題，特別是最后的那個光譜藝術(shù)（Fall, Bridget Riley, 1963），研究是人類視覺真實性問題。 從三萬年以來的宏觀藝術(shù)史演化角度來看，“什么是藝術(shù)？”，這是每一位藝術(shù)工作者都應(yīng)該思考的一個問題。 Figure5 Fountain,Marcel Duchamp, Dada, 1917, France 如果我們用“美”來定義藝術(shù)，那么，杜尚的作品《泉》可以算作藝術(shù)么？它顯然已經(jīng)不能用“美”來定義了，該作品已然成為現(xiàn)代觀念藝術(shù)的代表。 我們來看看下面這張圖片，這是藝術(shù)么？ Figure6 HCP 大腦神經(jīng)連接 這是一張經(jīng)過染色處理的大腦核磁共振圖片，展示的是人的大腦神經(jīng)白質(zhì)結(jié)構(gòu)，即大腦信息傳遞的高速公路。下一組圖是美國“人類大腦神經(jīng)連接組項目”（The Human Connectome Project, HCP）的圖片，從大腦神經(jīng)連接網(wǎng)絡(luò)的各個角度拍攝而得: Figure 7 TheHuman Connectome Project, HCP： 大腦神經(jīng)連接組 在我看來，這些都非常藝術(shù)，是種很獨特的藝術(shù)。 藝術(shù)與科學之間真有巨大而不可跨越的鴻溝么？同一物體給人以物質(zhì)還是藝術(shù)的觀感其實取決于我們的觀察角度。比如大腦切片會給你非常物質(zhì)的觀感，但大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)卻會給人以十分藝術(shù)的觀感，如下面這兩張圖。 Figure 8 大腦的物質(zhì)性和藝術(shù)性 左邊的非常物質(zhì)，右邊的十分藝術(shù)，所以不僅是藝術(shù)中有科學，科學中同樣也有藝術(shù)，兩者之間其實沒有嚴格的鴻溝。 對藝術(shù)和科學的感知與人類大腦左右半球的分工很有些聯(lián)系。RogerWolcott Sperry先生是一位美國神經(jīng)心理學家，他與另外兩位重要的腦神經(jīng)科學家David Hubel和Torsten Wiesel（下面會專門介紹）共享了1981年的諾貝爾生理學醫(yī)學獎。他的貢獻就是關(guān)于大腦左右半球功能差異的研究。簡單說，人的左右半球是有分工的，右腦更多與情感、藝術(shù)和創(chuàng)造性關(guān)聯(lián)，而左腦更多與推理、數(shù)字和科學思維關(guān)聯(lián)，如下圖所示。 Figure9 大腦左右半球功能差異 最近上海大學林風生老師出了本書，叫《名畫在左，科學在右》，也是研究科學和藝術(shù)間的關(guān)系。 藝術(shù)的物理生物層面都包括哪些要素？大約就是下圖中的顏色，構(gòu)形、線條、對比、形狀和運動等。
Figure10 藝術(shù)6要素 而這些要素恰恰也是腦神經(jīng)科學家所關(guān)心的東西。他們要研究視覺、顏色背后的機制究竟是什么？線條、形狀在大腦中是如何被建構(gòu)的？動感在大腦中是如何形成的？簡而言之，科學和藝術(shù)所研究的對象都是相同的。 舉個例子說，下面這張圖是16世紀意大利畫家Giuseppe Arcimboldo的一個作品，看上去似乎就是個普通的鮮花水果籃子，但如果我們把它調(diào)轉(zhuǎn)180度，就會發(fā)現(xiàn)它原來是一幅人物肖像畫：
Figure11 Giuseppe Arcimboldo: Reversals 從這個例子中，我們會發(fā)現(xiàn)一個重要的腦神經(jīng)學的圖像識別機制，即圖像識別其實與我們的觀看角度有關(guān)。對于圖像識別而言，并不是有了相同的信息就可以得出相同的圖像感知，信息相同，但如果這些信息的呈現(xiàn)方式不同（比如轉(zhuǎn)動一個角度），那么大腦對信息的建構(gòu)方式就會不同，就會得到不同的圖像。這種建構(gòu)機制，其實與藝術(shù)審美關(guān)系極大。 1980年紐約大學心理學教授Peter Thompson發(fā)現(xiàn)，同一張照片正著放和倒置放對人會產(chǎn)生完全不同的心理觀感，他的研究可以用“撒切爾效應(yīng)”來概括，即人們對撒切爾夫人的照片正放和反放會產(chǎn)生全全然不同的心理感受。
Figure12 撒切爾效應(yīng) 這是一張前幾年風行網(wǎng)絡(luò)的圖片。圖中這個叫Adele的女孩的臉一個朝上，一個朝下，兩者含有的信息完全一致，但顛倒了180度。顯然，這兩張圖片所引起美、丑感受是截然不同的。單看左邊這張圖，你心想這一定是位美女，但倒過來一看，你一定會被嚇著。實際上圖像識別并不簡單，并不是在二維平面上含有的信息點相同，就能構(gòu)成唯一的圖像識別。圖像識別與角度關(guān)系密切，下面會詳細介紹。 美國哥倫比亞廣播公司節(jié)目“60分鐘”的著名女主持Lesley Stahl于2012年做過一期有趣的節(jié)目,內(nèi)容是臉盲現(xiàn)象。臉盲癥（prosopagnosia，又稱面部識別缺失癥，在美國大約有2%的人群在不同程度上患有此病）病人喪失了或具有較低的人臉識別能力，他們甚至無法識別自己的親人。這個現(xiàn)象是在二戰(zhàn)期間發(fā)現(xiàn)的，當時有些士兵從前線回家后，竟然認不出自己家人。
Figure13 臉盲癥 當Lesley采訪腦神經(jīng)科學家Sacks博士時，Sacks博士給她看了一組倒置的人物照片，大多是美國人人皆知的各界名人，可Lesley一個也認不出。當Sacks博士將把照片反轉(zhuǎn)過來后，Lesley才發(fā)現(xiàn)她個個都認識，其中有一個竟然還是她的女兒。可見面部識別的背后大有學問。 腦神經(jīng)科學家已經(jīng)弄清了大腦中負責面部識別的功能區(qū)，這個區(qū)域叫“梭狀回”（fusiform），請見下圖中黃色箭頭所指區(qū)域，這是一個梭型體，專門負責大腦的視覺識別。
Figure14 梭狀回 Fusiform 《藝術(shù)三萬年》中介紹了一位英國光效藝術(shù)家Bridget Louise Riley，她和另一位藝術(shù)家Harry Thubron一起專門研究美學的形式要素，特別是眼睛如何感知空間形式。她對什么是“視覺真實”極為關(guān)心，創(chuàng)作了許多能讓人產(chǎn)生視幻覺的圖像，這些圖像乍看是靜止的，但是隨著眼睛在畫面上的下意識運動會產(chǎn)生動態(tài)的感覺。下面是她的兩幅作品。
Figure 15 Bridget Louise Riley Op Arts 這些藝術(shù)家其實在探討人類視覺的大腦神經(jīng)學機制，不過他們的研究手段與腦神經(jīng)科學家很不同，他們雖沒有辦法像科學家那樣用科學實驗的方式去研究，但是的確付出了許多努力。腦神經(jīng)科學家現(xiàn)在已經(jīng)弄清了負責視覺動感的大腦神經(jīng)區(qū)域叫中顳視覺區(qū)（MT visual area）。 其實，對同一對象完全可以有不同的呈現(xiàn)方式，這就叫建構(gòu)。下圖是《藝術(shù)三萬年》中的另一幅作品，是藝術(shù)家Jasper johns于1961年創(chuàng)作的一個作品，名字叫《地圖》，看上去很像一幅美國地圖。
Figure16 Jasperjohns：Map 有評論家認為，這不是真正的“地圖”，而是對“美國地圖”的一種藝術(shù)表現(xiàn)，描繪的對象是地圖而非地球。可Jasper說，我表現(xiàn)的不是地圖而就是美國，我的作品本身就是一幅地圖。傳統(tǒng)地圖制作者的呈現(xiàn)方式與我的方式間并沒有本質(zhì)區(qū)別，他們制作的地圖是對地球的一種呈現(xiàn)，而我的藝術(shù)作品也是對地球的一種呈現(xiàn)。同一個對象可以用不同方式來呈現(xiàn)，我和他們不過是處于不同的精神（腦神經(jīng)）狀態(tài)。所以，這些不同的描述方法本質(zhì)上都是對客觀現(xiàn)實的呈現(xiàn)。地圖本是一種科學呈現(xiàn)手段，但在Jasper那里，藝術(shù)呈現(xiàn)和科學呈現(xiàn)是等價的。 現(xiàn)在我們來看一個相反的情形。有位名叫Greg Dunn同學于2011年讀完美國賓州大學腦科學博士后，開始嘗試一種全然不同的生涯。當他的同學們正忙著在顯微鏡下試圖弄清腦神經(jīng)細胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，他卻試圖用畫筆在畫布上去表現(xiàn)這些腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)，試圖以其獨特方式來展現(xiàn)腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的美。
Figure17 GregDunn: 大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu) 上面這幅圖是他繪制的腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，有樹突、軸突以及神經(jīng)元之間的連接突觸。有意思的是，他還在圖中左下角模擬中國國畫蓋了個印章。這雖是腦神經(jīng)科學家的創(chuàng)作，但其藝術(shù)性并不比許多藝術(shù)作品低。 科學跟藝術(shù)之間的互動，在國際上已經(jīng)發(fā)展出一門專門的學問，叫神經(jīng)美學（Neuroaesthetics）。在這個領(lǐng)域有兩位先驅(qū)人物。一位是英國倫敦大學的SemirZeki教授，另一位是加州圣地亞哥大學的印度籍美國人Ramachandran教授。
Figure 18 Prof.Semir Zeki
Figure19 Prof.Ramachandran 他們寫了不少專業(yè)文章，也出了一些書，其中的兩本著作如下：
Figure20 Inner Vision by Semir Zaki and The Tell-Tale Brain by Rmachandran 神經(jīng)美學所研究的問題，實際上是要搞清楚大腦各個區(qū)域的結(jié)構(gòu)及其所對應(yīng)的腦功能。他們想知道，是否能夠從各個藝術(shù)門類中提煉出美學的普適規(guī)則？審美經(jīng)驗是否能用某種公式來表現(xiàn)？此外，我們在審美中獲得了快感是如何產(chǎn)生的，它們與大腦演化過程中的刺激反應(yīng)回饋系統(tǒng)有什么關(guān)系？比如，吃到美食時會產(chǎn)生愉悅感，避開敵人后會感覺很開心，神經(jīng)遞質(zhì)在其中扮演了什么角色？所有這些是否與我們的審美有關(guān)？ 神經(jīng)美學研究者還研究很多腦損傷病歷。研究腦損傷是腦神經(jīng)科學家研究大腦的重要途徑之一。大腦在受到損傷后會改變腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接方式，會導(dǎo)致患者產(chǎn)生許多奇妙的變化。有些患者在大腦受到創(chuàng)傷后可能會變成所謂的“學者癥候群患者”（savant syndrome），記憶力突然變得超強，特別是情景記憶能力，如像相機一般，看一邊就能記住。其中最著名的一位，是電影《雨人》中主人翁的原型人物Kim Peek，他出生時因巨頭畸形導(dǎo)致小腦受損，導(dǎo)致胼胝體發(fā)育不全，鏈接兩個大腦半球的神經(jīng)束完全缺失，但這反而使得他獲得了非凡的記憶力。據(jù)說他讀書時每頁只需要約10秒鐘，而且可以將讀到的東西都記下來，其內(nèi)容從歷史、文學、地理、數(shù)字到體育、音樂和年代。在他的記憶中存儲著約1.2萬本書，對125年內(nèi)的文獻資料了如指掌。 我們再回過頭來談Zeki教授，他的一句名言是：“...the artist is in asense, a neuroscientist, exploring the potentials and capacities of the brain,though with different tools.”（藝術(shù)家在此意義就是神經(jīng)科學家，他們在探索大腦的能力和潛力，不過使用的工具有所不同。） 腦神經(jīng)美學研究者所使用的工具有多種，最常用的手段包括腦電極圖、MIR（核磁共振）和大腦損傷研究。 他還說，“引起審美經(jīng)驗的機制只能從腦神經(jīng)科學中獲得根本的理解，我們現(xiàn)在已經(jīng)獲得了這種理解能力。”他講大腦的視覺有兩個重要的能力，一個是所謂“不變性”（Constancy），另一個是所謂“抽象性” (Abstraction)。前者是說大腦具有一種把握事物穩(wěn)定特性而忽略易變成份的能力，后者是講大腦對外界信號刺激具有一種根據(jù)實用原則抽取認知規(guī)則的能力。其實這兩者說的基本是一回事，不過角度不同。他還說，即所謂藝術(shù)就是把大腦里的抽象過程外置化，將其表現(xiàn)在媒介上。或者說，藝術(shù)就是大腦里的不變性的外部投射。他的這個講法我看有些偏頗，這對抽象藝術(shù)也許成立，但對于具像藝術(shù)而言并不適用。藝術(shù)表現(xiàn)的方面很多，并不只是把大腦的思維抽象物表現(xiàn)出來，或僅僅為了表示不變性或?qū)ν獠看碳みM行抽象。他倒是問了一個很好的問題：當我們在觀看抽象藝術(shù)和觀看具象藝術(shù)時，我們的大腦神經(jīng)行為模式到底有什么不同？（后來還真的有人做了這個實驗） 他對模糊性所做的分析也很有意思。什么叫模糊性？我們先來看看下面這個圖：
Figure 21 NeckerCube 這就是著名的內(nèi)克多面體。中間這個立方塊可以處于兩種狀態(tài)：一個是左邊的狀態(tài)，即從正前方看過去的狀態(tài)，另一個是右邊的狀態(tài)，即從右上方往左下方觀看的狀態(tài)，也就是說，內(nèi)克立方體具有兩種不同的狀態(tài)，或者說具有某種“模糊性”。 可是按照Zeki的說法，腦神經(jīng)科學家所理解的模糊性跟字典中說的模糊性并不是一回事。對腦神經(jīng)科學家而言，被觀察物的狀態(tài)取決于你的意識狀態(tài)，當某種意識狀態(tài)占據(jù)你的意識舞臺時，被觀察物就呈現(xiàn)A狀態(tài)，當另一種意識占據(jù)你的意識舞臺時，被觀察物就會呈B狀態(tài)。其實A、B兩種狀態(tài)都是很確定的狀態(tài)，并不存在什么“模糊性”。換言之，同一被觀察物可以具有多個確定狀態(tài)。這聽上去很象量子觀測的情形。 加州圣地亞哥大學的拉馬錢德倫（Ramachandran）教授是神經(jīng)美學研究的另一位先驅(qū)。他是位非常博學和風趣的教授。他將神經(jīng)美學歸納成8個法則。第一個是所謂峰移效應(yīng)（Peak shift）。例如在訓練老鼠吃食時，在老鼠前面裝兩個按紐，一個方形，一個長方形，按方形的不出食，按長方形出食，老鼠很快就掌握了竅門，每次都按長方形的按紐。下一步把方形按紐拿走，換成一個比現(xiàn)有長方形按鈕更加“長方”的按鈕，結(jié)果老鼠不去按早先記住的按紐，而是按那個新的更為長方的按紐。也就是說，老鼠在學習過程中學到的，并不是具體那個長方形按紐，而是學到了“長方性”。這就是老鼠按新按鈕找食吃的原因。峰移法則的另一個例子可以用下面這幅尼克松主題的漫畫來說明，漫畫家將尼克松面部的某些特征加以放大，增加了漫畫的藝術(shù)性。
Figure22 Nixon Cartoon 第二個法則是“抽取法則”（Isolation），即將物體的特征提取出來進行描繪而非對物體進行寫實性的具象描繪，比如對物體的輪廓勾畫就比一張彩照更具藝術(shù)性。第三個法則是“要素組合法則”（Grouping），意思是說，好的藝術(shù)作品要能給觀者以想象力空間，能讓觀者通過想象把畫面上的相關(guān)要素進行有意義的組合。第四個法則是“對比法則”（Contrasting），說的是大腦視皮層對同質(zhì)均勻的色彩的反應(yīng)遠不如對有色彩梯度差異的反應(yīng)強烈，所以好的藝術(shù)作品應(yīng)該具有良好的色彩梯度對比。省略第5、6、7三個法則，說說第八個“對稱法則”。在生物演化中，非對稱大多與疾病和傷殘有關(guān)，自然會讓人產(chǎn)生不愉悅的感覺。匈牙利畫家T.K. Csontvary1902年創(chuàng)作了一幅油畫叫《老漁夫》 （The Old Fisherman），見下圖：
Figure23 T.K.Csontvary Old Fishman, 1902 該作品中的人物性格非常復(fù)雜，經(jīng)分析，漁夫的左臉和右臉其實是不對稱的，如果我們分別取左右半邊臉做鏡像對稱后合成一張臉，我們就會得到以下兩幅畫：
可見，左臉的鏡像看上去是位非常溫和的老人，而右臉的鏡像看上去卻是相當陰險。這里是利用了人臉的不對稱性來表現(xiàn)人物復(fù)雜的內(nèi)心世界。 上個世紀的30年代有位叫Maksymilian Faktorowicz（綽號Max Factor Sr.）的美容師利用對稱性大做生意，設(shè)計了一個叫美容千分尺（beauty micrometer）的裝置，套在頭上測量腦袋和臉蛋哪里不對稱，算是把這個美的“對稱性法則”運用到了極致。見下圖：
Figure24 MaxFactor Sr.的美容千分尺 某些神經(jīng)科學家更加前衛(wèi)，他們試圖在大腦里面找到美的模塊。有些腦神經(jīng)科學家干脆試圖找到大腦中與審美創(chuàng)造性有關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（包括內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)、后扣帶回皮層、楔前葉（Precuneus）和顳頂聯(lián)合區(qū)）。他們通過實驗（大腦功能造影）發(fā)現(xiàn)畫家在觀看藝術(shù)品時大腦中相關(guān)區(qū)域的活動程度明顯比常人要高（見2016年Nicola De Pisapia等人的《大腦視覺創(chuàng)造功能網(wǎng)絡(luò)》研究, https://www./articles/srep39185）
Figure25 比較行家和普通觀眾觀看藝術(shù)時的大腦響應(yīng)
Figure26 后扣帶回皮層和楔前葉的位置 神經(jīng)科學家甚至在想，能不能根據(jù)大腦對美和丑的反應(yīng)進行定量分析并畫出曲線？Semir Zeki和Tomohiro Ishizu在2011年就做了這樣一個研究，他們觀察藝術(shù)家在進行藝術(shù)創(chuàng)作時大腦中一個名為內(nèi)眶額皮質(zhì)區(qū)（mOFC）受到激發(fā)的情況，并用曲線把其表現(xiàn)出來。
Figure27 內(nèi)眶額皮質(zhì)區(qū)對美丑的響應(yīng) 當然，藝術(shù)性其實與美丑之間并沒有正相關(guān)性。一個典型的例子是下面兩幅畫的對比。
Figure28 大宮女（Grande Odalisque） 這是現(xiàn)藏于盧浮宮的法國畫家安格爾1814年創(chuàng)造的一副油畫，畫的是拿破侖的妹妹。給人無限美好遐想。另一幅畫是著名精神分析學家弗洛伊德的孫子盧西安-弗洛伊德（Lucian Michael Freud）1995年創(chuàng)作的Benefits Supervisor Sleeping。
Figure29 Benefits Supervisor Sleeping 這第二幅作品雖然在常人看來犯惡心，但居然在2015年拍賣了5600萬美元，可見其藝術(shù)性并不僅僅與美丑相關(guān)。作品的觀念價值在后現(xiàn)代社會中尤其顯著。 為了弄清各類視覺刺激與大腦皮層各區(qū)域的關(guān)聯(lián)，加州伯克利大學Gallant實驗室做過一個非常有趣的實驗。他們使用功能核磁共振成像技術(shù)來記錄實驗對象在觀看電影時，對各種場景、物體和人物對象的反應(yīng)。他們將大腦分為160個功能區(qū)，給實驗對象觀看2000多種不同的物體例如人物、老虎、大象、樹木時，或是在受到抽象概念，如戰(zhàn)爭、股票等外界刺激時，這160個功能區(qū)究竟如何反應(yīng)。他們用核磁共振成像將大腦受刺激后的活動情況記錄下來，然后再用機器學習和大數(shù)據(jù)方法對其進行處理，找出物體、觀念與大腦不同功能區(qū)的對應(yīng)關(guān)系，如下圖。
Figure30 fMRI Brain Mapping 從以上介紹可看出，人類的視覺感受與我們的大腦息息相關(guān)，或者說，對大腦的認識是我們理解視覺的一把鑰匙，所有的視覺現(xiàn)象和藝術(shù)觀感皆可歸結(jié)于我們的大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。 高度概括地說，大腦是生物數(shù)十億年演化的結(jié)果，所以有必要簡略介紹一下人類大腦演化史。地球的歷史大約為45億年，而地球上的生命大約有35億年的歷史，現(xiàn)存的物種在陸地上有600多萬種，在水里有200多萬種。
Figure31 Treeof Evolution: 3.5 Billion Years 我們來看看下面這張圖，這是大腦演化過程，我們依據(jù)這個過程來介紹大腦的幾個重要演化階段：
Figure32 大腦演化過程 生命的神經(jīng)系統(tǒng)自打生命初期的單細胞生物就開始了。34億年前的細菌就有了離子通道和可以導(dǎo)電的膜蛋白，這就是最早神經(jīng)系統(tǒng)的雛形。省去中間過程，讓我們快進到3億5千萬年前，那時出現(xiàn)了爬行動物，如蜥蜴那樣的古老生物。爬行動物的大腦和人類相比雖然簡單，但經(jīng)過幾十億年的演化，已經(jīng)變得非常復(fù)雜了，變得能夠控制生物的基本生存調(diào)節(jié)功能，如心跳、呼吸、出汗、體溫以及血糖和荷爾蒙水平等。又過了1億多年到了2.5 - 2億年前，出現(xiàn)了哺乳動物。哺乳動物的大腦更加復(fù)雜，它在老的“爬行腦”之上又演化出了一個所謂“邊緣系統(tǒng)”（Limbic system）。爬行腦是非情感的，也就是說，爬行動物不會有恐懼感，也不會感到悲傷或高興。可是哺乳動物除了會有恐懼感（其實是對危險一種預(yù)測能力）、悲傷和高興外，還會有性欲、壓力感、焦慮感和群體安全感。哺乳動物大腦的差異極大，從早期的鴨嘴獸（見下圖左側(cè)下方）等初等哺乳動物一路演化到靈長類動物大腦，又經(jīng)歷了大約2億年的時間（見紅線指示）。靈長類動物大腦的結(jié)構(gòu)已經(jīng)和人類相當接近了，也有復(fù)雜的具有6層結(jié)構(gòu)的新皮層（neocortex）。
Figure33 哺乳動物大腦演化 大約20萬年之前，出現(xiàn)了所謂智人（Homo Sapiens），其標志就是大腦的新皮層比哺乳類動物更加復(fù)雜和發(fā)達。新皮層也可稱為理智腦。如果說邊緣腦（情感腦）是在爬行腦之上建立起來的某種反饋控制機制的話，那么同理可以說，新皮層是在邊緣腦之上建立起來的某種更為高級的反饋控制機制。邊緣腦使得大腦更加復(fù)雜，不僅可以進行生物基本調(diào)節(jié)，還可以預(yù)感危險和強化繁殖欲望，讓生物獲得更強的演化優(yōu)勢。同理，理智腦的出現(xiàn)，使得生物的行為更為復(fù)雜，可以進行深度計算而不僅憑模糊的感情沖動行事，這就進一步強化了生物的競爭優(yōu)勢。這是近代人類能夠快速演化最重要的驅(qū)動力。 以此看來，人的大腦按演化的歷史來看，其實是分前后相關(guān)的三個層級的，從下到上逐級復(fù)雜并密切相關(guān)，三者之間有著復(fù)雜的互動依存關(guān)系。美國腦神經(jīng)科學家Paul D. MacLean將這個大腦的演化過程歸納成下面這個圖，稱為三重腦（Thetriune brain）：
Figure34 三重腦 理解這個三重腦，對于藝術(shù)家的藝術(shù)創(chuàng)作很有啟發(fā)左右。藝術(shù)作品究竟是與我們大腦的哪個部分在進行對話？我們的藝術(shù)在訴諸理性概念還是在與情感腦溝通，或是在直接刺激人類的深層本能？以不同的方式和大腦的不同部分進行對話構(gòu)成了不同的藝術(shù)形式。 為了下面關(guān)于視覺的討論，有必要介紹一下大腦的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。人類大腦是世界上最復(fù)雜的存在。先貼張圖：
Figure35 海馬體 這是大腦中的海馬體，只有手指頭這么點大，功能是管理記憶。大腦其實并不是太重，不到1.5公斤，但它含有大約860億個神經(jīng)元，而每個神經(jīng)元大約與1萬到1.5萬個神經(jīng)元連接，這些連接點被稱為突觸（synapse）。大腦里的突觸數(shù)目達到了驚人的10的15次方這個數(shù)量級。這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，最終能演化出很多復(fù)雜的情感和觀念，還能演化出意識以及對意識的意識。我們把新皮層，也就是大腦最外層的那部分稱作灰質(zhì)（grey matter），其中包括神經(jīng)元的樹突（Dendrite）與軸突（Axon）。軸突的功能是用來傳遞信息，樹突的功能是用來接受信息。軸突相當于大腦中的信息高速公路，它的外層被一層白色酯類物質(zhì)包裹，所以被稱為白質(zhì)（White Matter）。大腦中不同區(qū)域的信息傳遞就是靠這些成束的白質(zhì)，可以用核磁共振成像顯示成絢麗的圖案，如圖7所示。 大腦中的800億個神經(jīng)元和10的15次方個突觸構(gòu)成了一個超級復(fù)雜系統(tǒng)，其中的連接方式和刺激、反饋關(guān)系是目前的腦科學研究最前沿的內(nèi)容。腦科學家將這個超級復(fù)雜系統(tǒng)稱為“腦神經(jīng)連接組”MIT的科學家Sebastian Seung幾年前寫過一本書就叫Connectome。這書很值得讀讀，它不是用技術(shù)性語言寫的，算是有點燒腦的科普讀物。
Figure36 Sebastian Seung: 《腦神經(jīng)連接組》 他在TED的演講中說過兩句話，第一句是：“我就是我的大腦連接組！”（Iam my Connectome!） 意思是說，我之所以是我，每個人的大腦連接組是獨一無二的，所以可以用大腦連接組來定義個人。 第二句話是：“我大于我的基因”（I am more than my genes），意思是說，基因并不能完全解釋大腦連接組，或者說，大腦連接組產(chǎn)生還有基因之外的原因。基因只能作為部分的解釋，但不能解釋全部。大腦連接組的某些東西并不是基因決定的，也不是所有的東西都是遺傳性的。除了基因之外，大腦神經(jīng)的連接方式有不少是后天經(jīng)驗決定的，這個后面再談。 目前人類唯一能弄清楚的Connectome是秀麗蟲（C.elegans）的。這個秀麗蟲只有1毫米長，僅有302個神經(jīng)元，構(gòu)成7千種連接，就這么簡單一個生物，科學家還用了幾十年時間才把它的神經(jīng)元及其連接方式畫出來。
Figure37 Connectome of C. elegans，White el al, 1986 我們自然會想問：那么什么時候能夠把人類的Connectome做出來呢？那個還太早，現(xiàn)在正在進行的是試圖做出老鼠的Connectome。哈佛大學有里奇曼實驗室（Lichtman Lab atHarvard），他就在做老鼠大腦的腦連接組。這個工作要比上面談到的秀麗蟲的Connectome困難太多倍。老鼠的大腦盡管跟人比只有千分之一，但也有7千萬個神經(jīng)元，是秀麗蟲的20多萬倍。老鼠的大腦很軟，沒有辦法做切片，就用樹脂類的東西把它硬化，之后從中取出1毫米見方的立方體，將它切成33000多片，再高像素相機攝影，進行數(shù)字化處理，每張的像素為25000×25000，即每張圖片的信息量是62.5G，你用62.5G×33000片，總信息量是多少？是2000T，即一立方毫米的大腦皮層就有2000T（的信息數(shù)據(jù)）。如果想把整個老鼠大腦的Connectome做完，需要很多年。做完之后，就會得到一個老鼠大腦完整的Connectome數(shù)字模型，清清楚楚地看出神經(jīng)元的連接方式。
Figure38 Lichtman Lab at Harvard 這還是老鼠的大腦，再往下做人的大腦，是老鼠的1000倍，把人的Connectome做出來，可能需要幾十上百年，工作量非常巨大。但是這個工作很有意義，我自己的體會是，研究一個對象，當無法直接觀察對象時，理論就特別多，真正能看清楚的東西往往不需要什么理論。比如說日心說和地心說爭來爭去，后來伽利略用望遠鏡一看，發(fā)現(xiàn)木星的衛(wèi)星并不繞著地球轉(zhuǎn)，地心說一下就破產(chǎn)了，也不需要什么理論了，直接看到了嘛，沒什么好爭的了。再比如細菌的發(fā)現(xiàn)也是這樣，當時關(guān)于致病的原因大家紛爭不已，后來列文虎克（Leeuwenhoek）用自制了高倍顯微鏡，弄滴水一看，發(fā)現(xiàn)了微生物和細菌。實際上很多難題隨著科學手段的發(fā)展，就自然迎刃而解了。說這些的用意是，當我們看清了大腦的連接方式并對其工作機制了解清楚后，我們今天的許多困惑，如記憶、判斷、意識以及情感等都會有更好的解釋。當我們對大腦的結(jié)構(gòu)和功能有更清晰的了解后，會不會增加我們對藝術(shù)的理解？我想應(yīng)該會的。 介紹完大腦，該介紹下眼睛了，這才是重點。作為一個藝術(shù)家，對所有的色彩、線條等視覺要素的了解，不能停留在直觀層面，而應(yīng)該在理論層面有更深的理解。眼睛的演化種類也是無奇不有，我們可以數(shù)出來幾百種眼睛的形態(tài)。
Figure39 眼睛百態(tài) 眼睛是種極為古老的器官，最早的原始眼從5.4億年之前就出現(xiàn)了，從眼點到視杯，從針孔眼到復(fù)雜眼，再到我們?nèi)祟惤裉炀哂腥N視錐細胞的眼睛，有著漫長而有趣的演化過程。
Figure40 眼睛的演化過程 但如果我問：視覺是什么？有誰能說清楚呢？大腦中有面鏡子嗎？里邊住著一位小人嗎？視覺的器官是什么？視覺在大腦中究竟是如何形成的？如果你回答說，我們是用眼睛在觀看，這是常識啊！不過這個回答只對了一小半。準確的說法是，我們是用大腦在觀看，視覺器官主要是你的大腦，而不是眼睛（所謂Mind’s eye）。也可以說，你的眼睛只是大腦的外延。
Figure41 眼睛只是視覺系統(tǒng)的外延部分 神經(jīng)科學家Torsten Wiesel說： 眼睛和大腦并不像傳真機那樣工作，大腦中也沒有什么小人看著進來的信號。（The eye and brain are not like a fax machine, nor are there littlepeople looking at the images coming in）。 給大家講個故事來解釋為什么說視覺的器官是大腦。美國上世紀50年代有個盲人叫邁克爾（Michael May），他在3歲時因事故而損傷了眼睛角，失去了視力。在他46歲之時，干細胞技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以做角膜替換手術(shù)讓盲人重見光明。醫(yī)生勸他做這個手術(shù)，他開始十分猶豫，說已經(jīng)很習慣沒有視覺，生活一點不受影響，比如他在1984年的殘奧會上獲得了三枚銅牌，速滑速度是時速108公里。不過后來還是做了手術(shù)，之后神奇的事情就發(fā)生了：眼睛重見光明給他帶來了很多麻煩，恢復(fù)的視覺不僅沒有給他帶來便利，反而成了一種騷擾。醫(yī)生發(fā)現(xiàn)邁克爾的眼睛對他來說已經(jīng)沒有意義了，并不是眼睛不能感受到光信號，而是外界光信號對他來說已經(jīng)失去意義。他大腦中的視覺信號解釋系統(tǒng)徹底壞掉了，雖然眼睛視網(wǎng)膜上的感光細胞還在，雖然光信號也可以傳到視皮層，但是視皮層已經(jīng)完全無法解讀這些信號了。比如說在他面前放一個立方體，放一個圓球，問他哪個是圓球，哪個是立方體，他必須拿手去摸，摸完以后才知道，用眼睛反而無法判斷。所以我們說，眼睛這個器官只是視覺系統(tǒng)在外部的延伸而已，真正的解釋功能都在大腦中。 笛卡爾也研究視覺，他認為大腦中的視覺器官是松果體。他認為物質(zhì)實體（Res Extensa）與思維實體（Res Cogitans）之間是不可約化的。他無法解釋外部的視覺刺激是如何變成腦內(nèi)的思維形象的，于是干脆就認為兩者之間根本沒有任何關(guān)系，這樣就變成了二元論者。這說法其實還是有矛盾，如果干脆沒有關(guān)系，你還說松果體是視覺器官有何意義呢？松果體在兩者之間到底扮演什么角色？隨著現(xiàn)代腦神經(jīng)科學的進展，我們知道他把視覺與松果體聯(lián)系起來的說法是錯誤的。我認為已經(jīng)不需要這種二分法了，二元論過時了，這兩者間的鴻溝是可以被彌合的。
Figure42 笛卡爾的二元論：思維實體 vs. 廣延實體 我們先來看看眼睛的結(jié)構(gòu)。光線穿過角膜、瞳孔和晶體才能到達眼底。這眼底本身就是個復(fù)雜結(jié)構(gòu)。簡單說，眼底上有一層感光細胞，上面有1億2千萬個感知亮度的視柱細胞和600多萬個三類感知色彩的視錐細胞，見下圖。
Figure43 眼睛結(jié)構(gòu)及視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu) 外界物體的影像通過光線進入瞳孔后，并不是像傳真機那樣完整地將這些信息映射到眼底的視網(wǎng)膜上，而是一個經(jīng)歷了一個非常復(fù)雜的過程才到達眼底的視網(wǎng)膜上。脊椎動物的眼睛在幾億年的演化過程中，眼睛的視網(wǎng)膜發(fā)生過180度反轉(zhuǎn)。本來的結(jié)構(gòu)很合理，即視網(wǎng)膜（感光細胞）在前，視神經(jīng)在后，結(jié)果反轉(zhuǎn)后變成視神經(jīng)在前而感光細胞跑到后面去了。這樣一來，外界物體信息就被這些血管和視神經(jīng)給遮擋住了，當物體的光線到達視網(wǎng)膜時，其實已經(jīng)殘缺不全，成了非連續(xù)的破碎信息，就像陽光穿過一個樹林那樣。
Figure44 視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)：光線從左側(cè)進入，先經(jīng)過四種視神經(jīng)細胞后到達右側(cè)黃色的視網(wǎng)膜 如圖可見，視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，里面有好幾層，本身也是分立的。 視錐細胞（C）和視桿細胞（R）接受到光信號后，并不直接傳入大腦，而是經(jīng)過一系列復(fù)雜的排列組合后再傳入大腦。視覺信號C和R先經(jīng)過水平細胞（H）進行組合，然后由雙極細胞（B）往下傳，這些雙極細胞又被無長突細胞（A）進行組合后傳給神經(jīng)節(jié)細胞（G），再從這里通過視神經(jīng)傳入大腦。G傳出的是什么？就是以上經(jīng)過無數(shù)復(fù)雜組合后的動作電位（action potential），根本不是一幅圖像。所以不難想象，外界物體的信息只有部分被感知了，你所獲得的只是物體的信息片段。可是神奇的是，你并沒有破碎的感覺，這個我后面再解釋。
Figure45 人類視覺的三原色組合 我們?nèi)祟惖难劬χ械娜N視錐細胞對應(yīng)于三種感色細胞，分別對光譜中的紅（564納米）、綠（534納米）和蘭（420納米）3個波段進行響應(yīng)。 這三色的組合讓人類可以感知100萬以上的不同顏色。所以人類被稱為三原色生物（Trichromates）。類人猿和舊大陸猴也屬于這類。 不過大多數(shù)動物都不是三原色的，大多數(shù)胚胎類哺乳動物是二元色（Dichromat）的，如貓狗等，它們的色彩世界要單調(diào)許多，只能感知大約1萬種色彩。也有不少動物是四原色的（Tetrachromats），多了一種視錐細胞，可以感知445納米的波段，如金魚和一些鳥類。人類也有聲稱可以感知四原色的，特別是女性。有一位澳大利亞的女畫家Concetta Antico，聲稱自己的視覺是四原色的，她的繪畫看上去是這樣的：
Figure46 四原色畫家Concetta Antico的作品 不同動物眼中，世界的色彩甚至空間形式都是不同的。比如狗是兩原色動物，壁虎在夜晚能看到色彩鮮艷的世界。當然，這些說法所基于的假設(shè)是問題的，似乎色彩世界的豐富程度僅僅取決于視網(wǎng)膜上視錐細胞的多少和種類。但視覺形象并不僅僅取決于眼睛的構(gòu)造和視錐細胞類型的多少，視覺成像更多地取決于大腦皮層中的視皮層性質(zhì)和功能，所以上面的說法只有比喻和借鑒的意義。 世界上最為復(fù)雜的眼睛可能要數(shù)一種叫螳螂蝦的生物，它能感知16種元色，甚至還可以感知偏振光。它的兩個復(fù)眼頂在兩個獨立操作的眼桿上，像這樣：
Figure47 螳螂蝦有著世界上最復(fù)雜的眼睛 所以說，視覺世界對于每種生物都是不同的。是生物的視覺器官（眼睛加上視皮層）決定了它們的視覺世界。或者說，視覺世界并沒有什么絕對性，它僅僅與具體的生物結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。我們?nèi)祟惖囊曈X器官雖有個體差異，但卻是高度同構(gòu)的，我們不能因為這種同構(gòu)的眼睛感知世界差不多，就認為世界有個客觀的樣子。其實世界在不同的生物眼中是可以非常不同的。舉幾個例子： 狗是二原色動物，它的視覺世界應(yīng)該是這樣的：
Figure48 狗的視覺世界是灰暗的 壁虎的夜視功能要比人類強很多倍，它們在夜晚的視覺會很鮮艷明亮：
Figure49 壁虎的夜晚視覺比人類要明亮鮮艷 馬的左右兩眼視場沒有重合部分，所以視場是獨立的兩部分，也沒有景深3D的視覺能力：
Figure50 馬的視覺世界是斷開的 變色龍的視覺世界中，甚至空間也是彎曲的：
Figure51 變色龍的視覺空間彎曲 所以，色彩并不是一種絕對獨立的東西，它因接收者不同而不同（Coloris in the eyes of the beholder），如下圖所示。 眼睛的結(jié)構(gòu)也多種多樣，無奇不有。例如復(fù)眼是一種由很多單眼構(gòu)成的視覺器官，數(shù)目從數(shù)千到數(shù)萬個，例如蜻蜓的復(fù)眼中含有近3萬個單眼。復(fù)眼對于運動物體非常敏感，是人的5-6倍，但對色彩感知能力差，聚焦能力也差。我常疑惑，如果人類是復(fù)眼，藝術(shù)創(chuàng)作會是什么樣的？ 另一個有關(guān)視覺的流行誤解是以為我們的眼睛能同時看清視野中的物體，這是因為不了解眼睛的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和我們“看”的方式。
先說視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)。我們之所以能看清物體是因為視網(wǎng)膜上有個叫做中心凹（Fovea）的區(qū)域，這個區(qū)域的直徑雖然只有1.5毫米，但人眼600多萬感知顏色的視錐細胞絕大部分都聚集這里，這部分提供了所謂的“中心視覺”，（見下圖中心部分）。
Figure52 中心凹（Fovea）及兩類感光細胞分布 那1億2千萬個感知亮度的視柱細胞都分布在視網(wǎng)膜的其它部分，提供了所謂“周邊視覺”（peripheral visions）。視覺其實就是這個中心視覺與周邊視覺的組合。 人眼分辨物體的能力主要靠中心視覺，看的清楚不清楚，有無色彩，全部取決于中心視覺，它覆蓋的區(qū)域很小，用視角來測度的話也就是中心那不超過5度的區(qū)域，如果你把手臂伸直，拇指兩側(cè)與眼睛構(gòu)成的夾角差不多就是5度。你看到的世界實際上是這樣的，只有眼窩中心5度是清晰的，其余部分都是模糊而無色的，如下圖：
Figure53 中心視覺 也就是說，你在每一瞬間感知到的清晰區(qū)域就是那么一點點。以閱讀為例，實際發(fā)生的情形大約是這樣的：
Figure54 閱讀只有局部清晰 閱讀的清晰部分隨著你的眼睛轉(zhuǎn)動而變，眼睛從左到右，每次只有局部是清晰的。那么為什么你會覺得外部世界是清晰的呢？這就與人“看”的方式有關(guān)。“看”也是個極為復(fù)雜的事，有5種以上的不同“看”法。 第一種“看”法叫做眼跳，也稱掃視（Saccades），就是說眼睛看物體、場景時并不是穩(wěn)定的凝視，而是每秒2-3次到處跳動不斷尋求關(guān)注點，找到關(guān)注點后立即進入所謂凝視（fixation）狀態(tài)。凝視時眼睛也在不停的運動，它其實是三種眼動的組合，一種是快速眼顫（tremor），第二種是所謂眼飄（drift），第三種是微眼跳（microsaccades），所謂“看”，就是以這種眼跳和凝視的組合方式不斷進行采樣，然后根據(jù)采樣的結(jié)果在大腦中構(gòu)成圖像。
Figure55 眼跳和微眼跳 比如我們看這個人臉時，我們的關(guān)注點在臉上跳著取樣，找到關(guān)注點后就進入微眼跳。你可能會問，凝視就凝視好了，為什么需要微眼跳？因為人眼有一個很重要的特性，即眼睛對穩(wěn)定的成像并不敏感，如果圖像穩(wěn)定，那么視覺很快就消失了，只有通過不斷的微眼跳才能保持圖像的存在。動物的本能從一開始就是這樣，動的東西有威脅，靜止的東西沒有威脅，所以人眼對靜止的東西不反應(yīng)。比如我們看下面這個圖中的A字，靠的就是微眼跳，否則A就不能穩(wěn)定地呈現(xiàn)在那里：
Figure56 微眼跳和圖像識別 我們的閱讀其實也是這種眼跳和微眼跳的組合，大致像這樣進行：
Figure57 閱讀中的眼跳和微眼跳組合 我們在路上開車時，眼睛也是在進行不斷的眼跳，然后對關(guān)注點進行微眼跳采樣，像這樣：
Figure58 開車時視覺的采樣方式 眼跳還有一個有趣的特點，即眼跳從A點到B點的運動并不是自己能夠控制的，一旦眼跳啟動，就無法停止，最有趣的是，人腦對眼跳從A點到B點的過程完全不記錄不反應(yīng)，也就是說，跳的過程中什么都看不見的，相當于沒有視覺。有人做過計算，說一個人一天大約有40分鐘是處于無視覺狀態(tài)，哪怕你整天睜著眼，你還是丟失了40分鐘的歷史。 問題來了，如果視覺并不是連續(xù)而是間斷的，那么為什么我們并沒有間斷的感覺反而覺得是連續(xù)和清晰的呢？原來我們的大腦有種圖像重構(gòu)的能力，雖然外界的信息是我們的眼睛到處跳動一塊一塊采樣采出來的，但大腦可以根據(jù)生物的實用目的將其進行重新構(gòu)造，用預(yù)測或類似插值這類方式將不連續(xù)、不清晰之處的信息填補上，讓你得到所謂“連續(xù)清晰”的畫面。你以為你看到的場景物體是連續(xù)平滑的，但其中含有大量想象，連續(xù)平滑是大腦構(gòu)造出來的。 這方面最典型的一個例子是人眼的盲點。前面說過，人的眼睛演化實際上走了一個彎路，視網(wǎng)膜發(fā)生過一次180度的反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)的結(jié)果使得視神經(jīng)跑到了視網(wǎng)膜的前面去了，那么視神經(jīng)要進入大腦就不得不在視網(wǎng)膜上扎一個洞，這個洞就是盲點，這個地方是沒有感光細胞的。不過你的日常生活種并感覺不到盲點，這正是大腦的圖像填充功能將盲點給補上了。你看到的所謂完美的世界是你的想象，它的缺失部分都被大腦打上補丁了。 傳入大腦的信號去了哪里？它們先是經(jīng)過一個叫丘腦（Thalamus）的中繼站，這里有個神經(jīng)核叫外側(cè)膝狀核（LGN），從這里再傳入大腦后部一個叫枕頁（Occipital Lobe）的區(qū)域，這里有塊專門負責處理視覺初級信號的皮層，叫初級視皮層（Primary Visual Cortex）。這個過程可以用下圖表示：
Figure59 視通道、LGN和初級視皮層 我們無法在這里詳細介紹視皮層的結(jié)構(gòu)和特性，但是我不得不提視皮層的一個重要特性，即視覺信號的方向選擇性。這對我們理解視覺的意義極為重要。簡單點說，視皮層由許多功能柱構(gòu)成，而每個功能柱只接受特定方向的光信號。這個特性被稱為神經(jīng)調(diào)諧（neuronal tuning）。這個特性的發(fā)現(xiàn)要歸功于兩位著名的美國腦科學家DavidHubel和Torsen Wiesel的研究，這是人類視覺科學的重大里程碑之一。他倆因此與另一位腦科學家Roger Sperry（就是前面介紹的研究左右大腦功能差異的那位）獲得了1981年的諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。 他倆在1959年做了個非常著名的實驗。他們把貓的腦袋固定，給腦袋插上電極，然后觀察貓的某類神經(jīng)元對不同的光刺激如何反應(yīng)，像下圖這樣：
Figure60 神經(jīng)調(diào)諧實驗，1959年 他們的實驗有個重大發(fā)現(xiàn)，即隨著光信號方向的調(diào)整，貓的神經(jīng)元響應(yīng)強度會隨之發(fā)生變化。比如在此圖中，當光信號是水平條時，貓的這組神經(jīng)元完全不反應(yīng)，只有當光條斜到一定程度時，神經(jīng)細胞才開始反應(yīng)，當處于垂直狀態(tài)時，神經(jīng)細胞反應(yīng)最強。其它類型的神經(jīng)元則對垂直信號不反應(yīng)，只對水平方向的刺激有反應(yīng)，如此等等。這是很有意思的，說明兩件事，第一，視皮層上的神經(jīng)元是有分工的，每類只接受特定方向的光信號刺激，第二，是視覺神經(jīng)的反應(yīng)特性決定了我們?nèi)绾胃兄澜纭Ｊ澜缫允裁礃拥姆绞匠尸F(xiàn)，和觀察者的視神經(jīng)組成和類型有極大關(guān)系。世界是什么樣子，取決于生物的視神經(jīng)，世界存在還是不存在，或以什么方式存在，得看視神經(jīng)如何響應(yīng)，就像收音機一樣，只有調(diào)諧到某個頻道，存在才有意義，而那些不響應(yīng)的東西可以視為不存在。 我們的初級視神經(jīng)上的細胞就是這么呆板和簡單，無怪乎這些細胞也被稱為“簡單視細胞”（Simple Cells）或邊識別細胞（Edge Detector）。經(jīng)過它們處理的信號會傳給所謂復(fù)雜細胞（complex cells），它們是由一組同類的簡單細胞構(gòu)成的，具有更為復(fù)雜的視覺功能，如下圖：
復(fù)雜細胞還可以繼續(xù)組合成超級復(fù)雜細胞（SuperComplex Cells），完成更為復(fù)雜的視覺功能，比如下圖中A、B這兩個字母先通過簡單細胞獲得“邊”信息，然后通過復(fù)雜細胞和超復(fù)雜細胞的處理進行后續(xù)處理，如下圖所示：
Figure61 簡單、復(fù)雜、超復(fù)雜視覺細胞 總之，視覺功能是通過大腦中視覺系統(tǒng)中分工不同的視細胞通過層層傳遞組合而實現(xiàn)的。視覺的形成是逐級進行的，從簡單的到復(fù)雜的圖形，包括動感，都在大腦不同的區(qū)域由不同類型的視細胞來完成的，這個系統(tǒng)大致可以用下圖來表示：
Figure62 視覺感知的復(fù)雜過程 這個系統(tǒng)是如此復(fù)雜，我無法在這里詳細解釋，只是想貼張圖讓大家有個直觀的感受：
Figure63 Fellemanand Van Essen's (1991) 視覺模型 這是Felleman和Van Essen1991年做的一個猴子大腦視覺系統(tǒng)分析，圖中右側(cè)是大腦皮層展開圖，上彩的部分均與視覺系統(tǒng)有關(guān)，牽涉到皮層中30多個區(qū)域，而這些區(qū)域所組成的互動網(wǎng)絡(luò)（左側(cè)）的復(fù)雜度令人瞠目結(jié)舌。 由于時間原因，我今天不得不略去另外幾個非常重要的話題，即“視覺填充”（visual filling-in）、“突觸修剪”（synapse pruning）、認知框架（perception framework）和大腦塑性（brain plasticity）。這些內(nèi)容看似偏離了對藝術(shù)本身的討論，但如果我們想要回答“什么是藝術(shù)真實”這個問題的話，就不得不深入了解人眼和大腦的工作機制。今天的討論如果用一句話來概括的話，就是：真實相對生物結(jié)構(gòu)而存在，它是大腦的建構(gòu)。 說起藝術(shù)和真實，我最后想提一個畫家MaurizioCattelan，他是藝術(shù)界的反叛人物，他說過一句話，“藝術(shù)與其說能夠讓我們發(fā)現(xiàn)真實，毋寧說能夠讓我們發(fā)明真實。”（ Art doesnot lead to the discovery of truth, but rather allows it to be invented）。對他來說，所有的真實都是藝術(shù)家的發(fā)明。 其實，所有的認知都與我們的感官發(fā)育和神經(jīng)系統(tǒng)演化有關(guān)，“真實”對應(yīng)著我們的特定感官結(jié)構(gòu)和大腦認知特性。只有在發(fā)明中我們才能獲得自由。藝術(shù)的核心就是用不同的方式和角度去感悟和呈現(xiàn)外界，這就是所謂藝術(shù)創(chuàng)造性。是藝術(shù)的創(chuàng)作自由，讓藝術(shù)獲得了真正的價值。
Figure 64 La Nona Ora by Maurizio Cattelan |
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