“美人在骨不在皮”的最新解释：视觉感知之谜

眨眼之间，人类的视觉系统就可以在几毫秒之内毫不费力地分辨出一个物体究竟是个杯子还是只袜子。众所周知，物体的形状是帮助眼睛和大脑完成这一任务的关键视觉线索。然而，近日发表在《科学报告》杂志上的一项新研究发现，虽然物体的外形对于快速识别非常重要，但物体的内部“骨骼”——物体的中轴，或其骨骼几何学——似乎扮演着更为重要的角色。

“当我们回想某个物体时，浮现在脑中的通常是它的外部轮廓。”论文的第一作者、埃默里大学在读心理学博士Vladislav Ayzenberg说，“但是物体还有一个更深层次的，更抽象的形状属性，即骨骼几何学。”

“你可以把这想象成孩子画的火柴人。” 论文的资深作者、埃默里大学助理教授Stella Lourenco补充说，“用简单的直线就可以让你立即意识到图像所表达的东西。”

对物体的视觉感知始于光线射入我们的眼睛，此时，物体会在视网膜的感光细胞上投射出二维的图像。“在70毫秒内，许多内部机制会在眼睛和大脑之间转换，从而让我们感知和识别外部世界。”Ayzenberg说，“我对这一过程非常感兴趣。”

尽管大多数人认为这一过程是理所当然的，但物体识别实际上是一项了不起的壮举。“你可以指着一只真正的小狗或者仅仅是书上的图片教会两岁大孩子什么是狗。”Lourenco说，“更为神奇的是，在看过这样的例子以后，孩子可以很快而且非常轻易地辨认出其它外形不尽相同的狗。”

尽管外部轮廓、尺寸、纹理和颜色等对象发生了变化，但人类在物体识别方面的能力仍然很强。在这项新研究中，研究人员开发了一系列实验来测试骨骼几何学在这一过程中所起到的作用。

第一个实验中，研究人员在电脑上向参与者展示了150个抽象3D物体的成对图像，其中包含有30种不同的骨骼结构。每个物体以5种不同的表面形式展现，即外观不同但内部骨骼结构不变。参与者则需要判断每对图片中出现的是不是同一个物体。实验结果表明，骨骼结构的相似性是参与者回答是否正确的重要预测指标。

第二个试验中，在熟悉三个物体的基础之上，研究者测试了骨骼形状的比例变化所带来的影响。他们发现，在骨骼变化的各个层面之上，参与者准确地预测物体相似性的几率都要比随机概率高很多。

在第三个实验中，研究者测试了物体的骨骼和外形究竟哪一个是预测物体相似性的更好的指标。当两个指标单独呈现时，参与者都可以成功地匹配物体。不过当这些线索相互冲突时，他们表现得更倾向于选择骨骼结构。

以上结果表明，视觉系统不仅仅对物体的骨骼结构非常敏感，而且这种敏感性在形状感知方面的作用比物体的轮廓所起的作用更大。

“骨骼几何学比我们此前所认为的更加重要，但这显然不是视觉识别唯一用到的工具。”Lourenco说，“一种可能是，相比于外部轮廓，视觉系统开始于骨骼结构，然后将其他属性(如纹理和颜色)映射到这之上。”

除了增加我们对人类视觉系统的基本认识之外，这项研究还可以为提高人工智能(AI)的能力提供见解。“机器学习系统的最佳模型是人类学习系统。”Ayzenberg说，“经历漫长的进化，人类的视觉系统已经可以解决物体识别的问题。”

原创编译：Max 审稿：阿淼 责编：张梦

期刊来源：《科学报告》

期刊编号：2045-2322

原文链接：https:///news/2019-08-skeletal-key-rapid-recognition.html

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