食堂大媽到底能不能準(zhǔn)確打出二兩飯？

如果你要問(wèn)食堂大媽如何判斷這一勺飯是二兩還是三兩，她們多半會(huì)回答“憑感覺(jué)”。人的感覺(jué)真的如此隨機(jī)嗎？

同學(xué)，你要幾兩飯？圖片來(lái)源：Pixabay

在許多學(xué)生看來(lái)，食堂大媽就像隨機(jī)數(shù)生成器——同樣打二兩飯，大媽具體給多少全看心情。但是人一旦認(rèn)真起來(lái)，“憑感覺(jué)”判斷也能非常準(zhǔn)確。有的家庭主婦一掂就知道商販有沒(méi)有缺斤少兩，優(yōu)秀的廚師也能?chē)L出菜里是不是多放了一點(diǎn)點(diǎn)鹽。

是什么因素決定了我們感知世界的“分辨率”？換言之，我們能夠在多大程度上準(zhǔn)確區(qū)分兩個(gè)刺激之間的差異？這個(gè)過(guò)程又是如何進(jìn)行的？大約 200 年前，科學(xué)家開(kāi)始定量研究這個(gè)問(wèn)題，并發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律。但是直到最近，我們才剛剛開(kāi)始認(rèn)識(shí)背后的具體機(jī)制。

測(cè)量感知

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們一直認(rèn)為精神世界與物理世界是完全不同的。盡管無(wú)生命物體的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)數(shù)學(xué)手段來(lái)測(cè)量，最終能夠預(yù)測(cè)；但是生命體的運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)生命體的行為，長(zhǎng)期被認(rèn)為是在意志的控制下由不同于非生命體的力量驅(qū)動(dòng)的，無(wú)法用同樣的方式進(jìn)行預(yù)測(cè)。

直到 1834 年，德國(guó)醫(yī)生恩斯特·海因里希·韋伯（Ernst Heinrich Weber）做了一個(gè)操作簡(jiǎn)單卻構(gòu)思巧妙的實(shí)驗(yàn)，徹底改變了這一局面。韋伯要求被試報(bào)告在兩個(gè)重量差異較小的物體中，他們認(rèn)為哪一個(gè)物體更重。在這些實(shí)驗(yàn)中，他發(fā)現(xiàn)個(gè)體做出正確選擇的概率只取決于重量間的比率。

恩斯特·海因里希·韋伯。韋伯有 11 個(gè)弟弟妹妹，物理學(xué)出身的朋友們一定知道其中一位——威廉·愛(ài)德華·韋伯（Wilhelm Eduard Weber），磁通量單位就以他命名。圖片來(lái)源：Wikipedia

例如，如果一個(gè)個(gè)體在比較 1 千克（kg）和 1.1 kg 的重量時(shí)正確率為 75%，那么該個(gè)體在比較 2 kg 和 2.2 kg 的重量時(shí)，正確率也為 75%?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)一個(gè)物體的重量是另一個(gè)物體重量的 1.1 倍時(shí)，該個(gè)體的正確識(shí)別率為 75%。

這個(gè)簡(jiǎn)單而明確的規(guī)則打開(kāi)了用數(shù)學(xué)定律量化人類(lèi)行為的大門(mén)，進(jìn)而被應(yīng)用于許多物種的所有感覺(jué)模式，這就是眾所周知的韋伯定律（Weber's Law）。后來(lái)韋伯的學(xué)生古斯塔夫·費(fèi)希納（Gustav Fechner）對(duì)這一規(guī)律進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述，因此它也被叫做韋伯-費(fèi)希納定律。

韋伯和費(fèi)希納的研究為心理物理學(xué)（psychophysics）的誕生打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這一學(xué)科將物理刺激和該刺激在個(gè)體的頭腦中引發(fā)的心理感覺(jué)聯(lián)系起來(lái)，描述了明確的感知規(guī)則，并且可以對(duì)人類(lèi)由大腦過(guò)程控制的行為作出數(shù)學(xué)解釋。

解碼韋伯定律

然而，開(kāi)創(chuàng)心理物理學(xué)的韋伯定律很快也變成了這個(gè)學(xué)科中的一個(gè)大問(wèn)題。多年來(lái)，研究者們提出了幾十個(gè)模型，試圖解釋韋伯定律。雖然它們都可以解釋韋伯實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，但沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)行驗(yàn)證，找出正確的模型。

例如，一個(gè)非常有影響力的模型就是信號(hào)檢測(cè)理論（Signal Detection Theory）。信號(hào)檢測(cè)理論認(rèn)為，人對(duì)信號(hào)的檢測(cè)不僅依賴(lài)于自身的感受能力，而且依賴(lài)于自身所設(shè)定的反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。在兩個(gè)人的聽(tīng)覺(jué)感受性完全相同的情況下，如果一個(gè)人期待著某種聲音信號(hào)的出現(xiàn)，那他可能會(huì)做出較多“信號(hào)出現(xiàn)”的判斷。

然而理論終歸是理論，這個(gè)領(lǐng)域有許多這樣的理論正等待實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。為什么找出正確的模型如此困難？最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)界此前可能忽略了一個(gè)關(guān)鍵的變量，那就是決策時(shí)間。

被遺忘的時(shí)間

一個(gè)來(lái)自葡萄牙尚帕利莫未知技術(shù)研究中心（Champalimaud Centre for the Unknown）的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，韋伯定律可以被描述為一個(gè)新的心理物理學(xué)規(guī)則，它不僅涉及選擇的結(jié)果，還涉及做出選擇所需的時(shí)間。該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，這個(gè)新規(guī)則足以推導(dǎo)出一個(gè)獨(dú)特而精確的數(shù)學(xué)模型，來(lái)描述韋伯定律中的認(rèn)知過(guò)程。他們的研究結(jié)果發(fā)表在科學(xué)期刊《自然-神經(jīng)科學(xué)》（Nature Neuroscience）期刊上。

在這項(xiàng)新的研究中，Alfonso Renart 和他的團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練大鼠區(qū)分兩種強(qiáng)度略有不同的聲音。他們制造了一種專(zhuān)門(mén)用于大鼠頭部的微型耳機(jī)，可以同時(shí)向大鼠的兩只耳朵傳送聲音。

在每一次傳送到大鼠兩只耳朵中的聲音中，一邊的聲音強(qiáng)度會(huì)稍微大于另一邊，大鼠的任務(wù)是通過(guò)轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的一側(cè)來(lái)報(bào)告哪邊聲音更大。文章的共同作者之一 José Pardo-Vazquez 解釋說(shuō)：“這種行為對(duì)大鼠來(lái)說(shuō)是很自然的，因?yàn)樗鼈兿裎覀円粯?，?huì)把頭轉(zhuǎn)向聲音的來(lái)源?！贝笫笥凶銐虻臅r(shí)間來(lái)聽(tīng)聲音，以便做出選擇。因此，每一次實(shí)驗(yàn)嘗試都得到了一個(gè)選擇和一個(gè)決策時(shí)間。

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“我們的實(shí)驗(yàn)證明，動(dòng)物的行為符合韋伯定律，”P(pán)ardo-Vazquez 說(shuō)，“它們分辨兩種聲音中哪一種聲音更大的能力僅僅取決于聲音強(qiáng)度的比率。只要兩組聲音的強(qiáng)度比率相同，大鼠比較兩種輕聲播放的聲音強(qiáng)度的準(zhǔn)確性與它比較兩種大聲播放的聲音強(qiáng)度的準(zhǔn)確性一樣好。 ”這些結(jié)論和先前的研究是一致的。

然后，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始詳細(xì)分析大鼠需要多長(zhǎng)時(shí)間來(lái)做出決策，后來(lái)他們才意識(shí)到這是至關(guān)重要的一步。他們發(fā)現(xiàn)，決策時(shí)間和兩種聲音的強(qiáng)度是相互關(guān)聯(lián)的——聲音越大，做決策的時(shí)間就越短。例如，在兩個(gè)聲音的相對(duì)強(qiáng)度恒定的情況下，區(qū)分兩種強(qiáng)度較小的聲音所用的時(shí)間更長(zhǎng)，區(qū)分兩種強(qiáng)度較大的聲音所用的時(shí)間更短，決策時(shí)間和音量成反比。

“一般情況下，人們對(duì)韋伯定律的研究集中在區(qū)分結(jié)果的準(zhǔn)確性上，這也是韋伯本人所描述的，”P(pán)ardo-Vazquez 解釋道，“令人驚訝的是，決策所需的時(shí)間很少受到關(guān)注?！被蛟S生活中也是如此——和等待時(shí)間相比，大家普遍還是更關(guān)心食堂大媽盛的飯份量夠不夠。

重塑韋伯定律

事實(shí)上，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的心理物理學(xué)定律，他們稱(chēng)之為“時(shí)間強(qiáng)度等效鑒別”（Time-Intensity Equivalence in Discrimination ，TIED），因?yàn)樗鼘⒁粚?duì)聲音的強(qiáng)度和區(qū)分它們所需的時(shí)間聯(lián)系起來(lái)。它比韋伯定律更嚴(yán)格，因?yàn)樗粌H與區(qū)分的準(zhǔn)確性有關(guān)，還與所需的時(shí)間有關(guān)。

“實(shí)驗(yàn)中決策時(shí)間之間關(guān)系的明確性令人驚訝，”P(pán)ardo-Vazquez 說(shuō)，“動(dòng)物的行為可以用明確的數(shù)學(xué)規(guī)則進(jìn)行描述，這是非同凡響的?！?/p>