[翻譯]對於感知和認識的新理解：第一部分

作者：Jeff Johnson

“心理學家和神經生理學家一直都很忙碌，他們的努力也在很大程度上提高了人類對於感知和認識的理解。”

為了讓我的新書《認知與設計》能夠反映出人類在感知與認識領域的最新理解，我也得修正一下自己在這方面的知識。我上一次認真地鑽研心理學已經是30多年前的事了。當然，人類的感知和認識在過去的30年中沒有改變——甚至可以說在過去的3000年都沒怎麼變。但是在我完成心理學學位之後的這30年中，心理學家和神經生理學家一直都很忙碌，他們的努力也在很大程度上提高了人類對於感知和認識的理解。

在UXmatters發兩篇文章後，我會總結一些在為新書收集資訊過程中學到的新知識。第一篇文章聚焦在視覺感知。而第二篇文章會主要集中在閱讀、記憶，以及認知時間常數上。

現代工業化社會已經讓我們的視網膜圓柱細胞變得過時

在大學和研究生院，我學到了以下關於人類視覺的內容：

視網膜——眼睛在其表面成像——是在眼睛後面的，它有兩種受光細胞：圓柱細胞和圓錐細胞。

圓柱細胞探知光線級別，而非顏色，圓錐細胞感知顏色。

有三種圓錐細胞，它們分別對紅、綠、藍敏感，說明人類對於顏色的視覺就是對紅綠藍三色畫素的混合編碼，就像是計算機和數位相機對顏色編碼的原理。

“現如今生活在工業化社會的人們並不常用他們的視網膜圓柱細胞。圓柱細胞是為了讓人類的先人在動物王國裡昏暗的環境中看清物體而應運而生的……”

但是，我直到現在才知道的是——從Colin Ware的書《設計的視覺化思考》（Visual Thinking for Design）中——現如今生活在工業化社會的人們並不常用他們的視網膜圓柱細胞。 圓柱細胞是為了讓人類及先人在動物王國裡昏暗的環境中看清物體而應運而生的——比如，黃昏時，拂曉時，在夜裡，或在烏漆抹黑的山洞裡。我們——人類和動物——都在照明不太好的地方呆了很久，直到19世紀，那時電燈才發明出來並在已開發國家得到了廣泛應用。但是我們視網膜的圓柱細胞只有在光線水平較弱的地方才有用。亮光——甚至正常日光——使它飽和，產出的滿分訊號並不會產生有用的資訊。

今天，我們當中生活在已開發國家的人只有在吃燭光晚餐，經歷夜間電力故障，在黑夜中野營，或月下漫步的時候才會用到圓柱細胞。在明亮的日光下或者人造光照環境中——我們多數時間在這裡度過——圓柱細胞就完全達到最大值了。所有，視覺感知一般完全來源於圓錐細胞。

很多動物也能看見顏色

“真的沒法知道動物到底能看到什麼顏色，因為顏色並不是世界的一種客觀屬性，而是感知的衍生品——一種大腦製造出來用來分辨不同光線頻率東西。”

雖然《認知與設計》是關於人類的書，為了籌備這本書我所閱讀的材料讓我瞭解了很多關於動物視覺的知識。比如，知道了我所瞭解的很多關於動物顏色視覺的事情都是不正確的。

我在少年時讀到的所有關於動物視覺的書都指出靈長類動物——狐猴、猴、猿，以及人類——是唯一能看見顏色的動物。所有其他動物，我一直這樣認為，只有感知亮度的細胞——即圓柱細胞——所以無法分辨顏色。這是錯的！

事實上很多動物界中的不同種動物都可以識別顏色。但是，這並不能說明它們顏色視覺的工作原理和我們的相同，或者它們和我們看見的顏色也相同。真的沒法知道動物到底能看到什麼顏色，因為顏色並不是世界的一種客觀屬性，而是感知的衍生品——一種大腦製造出來用來分辨不同光線頻率東西。所以說，很多動物也能感知顏色的意思是它們也可以分辨顏色。通常，這些顏色都是那些對於它們生存來講至關重要的。而有些動物甚至可以分辨出比人類還多的顏色。

感知——意思是，分辨——顏色的能力要求動物的眼睛要有多於一種的光線感知器，其中每個都對不同頻率的光敏感。如果所有動物的光線感知器都對同一範圍內的光頻敏感，那麼動物就只能辨別明亮的程度，而非顏色。顏色的樣本只有色調的不同，如圖1所示，對於動物來說看起來也是同樣的。

圖1：上面三個樣本只有色調的不同。下面三個展示出如果某種動物只有一種光感受器看起來會是什麼樣子。

如果某個動物有兩種以上的光感細胞，每個都對不同範圍內的光頻敏感，那麼那種動物可能可以區分不同顏色。（我這麼說是因為就算有些動物具有不同種類的光感細胞，它們的行為看起來也好像無法區分顏色似的。）令人驚奇的是，很多種動物，從昆蟲到哺乳動物，都有兩種以上種類的光探測器。

可以看見顏色的動物包括以下種類：

蜜蜂的眼中有三種顏色探測器，這樣它們就可以分辨顏色了。與人類的不同，它們的光探測細胞對低頻光完全不敏感，比如紅光，但是對紫外線光卻很敏感——比人類可以接受的頻率還要高。所以說，蜜蜂可以看見我們看不見的顏色，反之亦然。

一些蝴蝶有4到6種光感受器，所以可以比我們看見的顏色種類更多。這說的通——蝴蝶的一生都在尋找有更多花蜜的花。

很多魚和鳥都有4種光感受器，它們也能夠比靈長類動物分辨出更多種的顏色。

狗的眼中有兩類圓錐細胞。它們圓錐細胞的敏感性有點像人類的紅綠色盲。所以，不要期待一隻狗可以分辨出紅色和綠色。

看不見顏色的動物如下所示：

公牛看不見鬥牛士的紅斗篷。像所有的家畜一樣，公牛眼中只有圓柱細胞，所以它們不能感知顏色。在鬥牛時，公牛隻對鬥牛士的動作有反應。只因為斗篷的傳統顏色是紅色，其實它也可以是紫色、粉色，或者綠色。想象一下綠色的鬥牛斗篷！

幾內亞豬隻有圓柱細胞——而非圓錐細胞——所以它們無法分辨顏色。

貓頭鷹沒有圓錐細胞，所以他們不能分辨顏色。事實上，很多夜行性動物都缺少顏色視覺。這在進化上也說得通：它們幾乎沒有運用顏色視覺的機會。

南美洲和中美洲的夜猴雖然是靈長類動物，只有一種視網膜細胞，而且，也看不見顏色。其進化上的原因和貓頭鷹類似：夜行性生活習性。

貓科動物是一種奇怪的物種：雖然它們的眼睛有3種圓錐細胞，但是圓錐細胞和圓柱細胞的比例卻比靈長類動物低很多。也許這是因為——至少在野外的時候是這樣——它們主要在夜間活動。貓科動物的行為看起來就好像是完全的色盲，但是在特定條件下它們可以分辨出橙紅色物體和藍綠色物體。

在視網膜的外圍視覺解析度顯著下降

“受光細胞的密度從視網膜的中心——也就是凹形中心——漸進地向邊緣降低……。”

當我還是心理學研究生的時候，受光細胞的密度從視網膜的中心——也就是凹形中心——漸進地向邊緣降低，如圖2所示。在凹形中心，有超過14萬個圓錐細胞裝載在每平方微米里，而在視網膜的邊緣每平方微米中只有1萬左右的圓錐細胞。這可是相差了14倍之多。雖然在凹形中心幾乎沒有圓柱細胞，它們在中心的周圍確是十分密集——每平方微米16萬個圓柱細胞——並且密度向邊緣降低。

圖2——圓錐細胞和圓柱細胞在人類視網膜上的典型分佈（Lindsay and Norman）

成像受體——特別是圓錐細胞——密度在凹形中心和視網膜邊緣的巨大分別，在於視野中心和邊緣從人眼到腦的解析度訊號差別也很巨大。有一個說明這種不同的方法是用眼科醫生的視覺敏感度表，如圖3所示。這張表展示了有著正常視力的人都夠分辨出的在中心的字母和在視野邊緣的字母大小的對比。

圖3——視野中心和視野邊緣閱讀敏感度對照（Anstis)

還有一個常識就是凹形中心的圓錐細胞和傳輸視覺資料的神經元細胞是一對一連線的，但是在視網膜的其他部分，都是多個成像細胞——圓錐細胞和圓柱細胞——與一個神經元相連。這意味著視覺邊緣的資料是被高度壓縮且在向大腦的傳輸過程中有很大損失，而凹形中心的資料在向大腦傳輸過程中幾乎是沒有壓縮的。

“我們視覺中心的解析度——空間解析度和色彩解析度——其實比其他部分大得多。”

但是從眼到腦的訊號只是一部分的原因。現如今，多虧有了功能性核磁共振成像這樣的技術，它使研究者可以觀測腦部不同部位對刺激的反應，我們都知道了大腦對視覺的處理主要來自於凹形中心的訊號。凹形中心只不過佔了整個視網膜的1%的區域，但是大腦後部的視覺皮層用了50%的區域——也就是神經細胞——來處理凹形中心的訊號。

所以，根據Gerd Waloszek的說法，我們的視覺中心的解析度——空間解析度和色彩解析度——其實比其他部分大得多。如果你伸出胳膊，看著拇指，指甲的大小大概和凹形中心區域所能感知的大小差不多。如果盯著你的拇指指甲，大概可以在你視野中的那個小區域解析300象素每英寸。與之相對的是，在你的視野邊緣，每個“象素”的大小大概有你伸出手臂手持的葡萄柚那麼大。聽起來有些誇張，因為一直以來我們的印象都是周圍被高畫素的影像所包圍。但是，請你記住，眼睛是時刻都在大腦認為重要的地方對我們周圍的物理環境進行運動——至少每秒3次——取樣及重新取樣。同時也要知道大腦會填充很多你的眼睛實際並沒有感知到的細節。

舉例來說，就在你讀這篇文章的時候，你眼睛來回掃視，掃描和閱讀。不論你看的是文字的哪個部分，都感覺好像看了整個文字一樣。

現在想象一下你在一臺特殊的電腦上看這個頁面，而這臺電腦可以記錄下你的凹形中心的聚焦點。想象一下，無論你在看哪裡，電腦都會清晰地顯示頁面中你的凹形中心所對應的區域，而頁面的其他所有地方，顯示的都是隨機而無意義的文字。當凹形中心掠過這個頁面，電腦也會相應地快速更新凹形中心所停留之處的正確文字，而之前聚焦過的那個區域重又回到亂碼狀態。根據認知科學家Andy Clark的說法，人們在測試中對此毫無察覺。不僅人們可以正常地閱讀，他們還相信一整頁的內容都是有意義的文字。很明顯，直到科技進步到可以支援這樣的試驗——快速顯示和眼球跟蹤裝置——否則就無法進行這樣的實驗。

總結

“在過去的30年中，人類對於視覺工作原理的理解有了令人興奮的增長。”

在過去的30年中，人類對於視覺工作原理的理解有了令人興奮的增長。在準備《認知與設計》這本書的寫作過程中，我曾經認為僅僅需要更新小部分的知識，但沒想到的是，更新的部分竟是如此之大。我希望這個關於視覺的簡短新知識抽樣傳遞出了一些關於這份知識的可能性。我鼓勵UX設計師們好好思考一下我們對於視覺的新理解如何可以為使用者介面的設計提高和充電。

檢視英文原文：Updating Our Understanding of Perception and Cognition: Part I

本文參與iTran樂譯專案。