知覺心理學與設計:完形心理學、鏡像神經系統、功能預示性

知覺心理學與設計:完形心理學、鏡像神經系統、功能預示性
Photo Credit: pixabay CC0

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跟「知覺」相關的心理學概念,包括了能應用於藝術和設計的完形心理學(Gestalt psychology),與社會互動、察言觀色密切相關的鏡像神經系統,受人機互動領域重視的「功能預示性」(affordance)等等。

文:葉素玲、陳一平

知覺的兩大功能

感官從外界收集進來的各種訊息,在知覺的層次上必須滿足個體的兩大功能需求:(1)認識環境的狀況;(2)協助個體的行動。以我們瞭解得最深入的感官──視覺來說,這兩項重要任務在大腦中具有區隔分明的訊息傳導路徑。視覺消息從枕葉的初級視覺皮質區往額葉方向傳送時分為兩條主要路徑

  • 一條背側路徑(dorsal route)離開枕葉之後往頂葉方向前進,其路徑上所經過的區域大多負責處理諸如距離、立體視覺、運動速度等等與個體定位能力有的功能,因而在早期被稱為「知何方」通路(where pathway)。
  • 另外一條路徑則是由枕葉投射至顳葉的腹側路徑(ventral route),沿路經過負責處理色形、質地、複雜形狀(如人臉、建築物等等)的區域,這些特徵都是認出目標身分所需的線索,因而被稱為「識何物」路徑(what pathway)(Mishkin & Ungerleider, 1982)。

以上兩條路徑對我們認識環境有極大的貢獻。在二十世紀九○年代腦傷病人的研究發現,「知何方」路徑不只參與空間定位方面的工作,也與引導指揮行動的視覺功能有關,因此背側路徑除了是一條「知何方」的路徑之外,也是一條與「如何做」有關的路徑(how pathway)(Milner & Goodale, 1995; 2008)。

知覺組織

歐普藝術(Op Art)大師瓦沙瑞理(Victor Vasarely)的作品「斑馬」(Zebra)便是採用知覺組織的原則來繪製。在作品中畫家並沒有真正畫出斑馬的輪廓,我們所感覺到的兩隻神氣活現的馬的體態,完全是我們的知覺系統主動將畫面中的所有黑白條紋組織起來的緣故。我們也經常動用同樣的主動組織能力,在自然景觀中發現一些有意義的圖形。我們能賦予零碎的區塊與局部的線條一個結構,將之統攝成一個有意義的整體。

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Photo Credit: Gestalt: Law of Closure public domain

完形心理學家(Gestalt Psychologists)提出一些用來將零散碎片組織成有意義形態的知覺組織原則(principles of perceptual organization),以下介紹幾個常見的原則。

下圖呈現的是鄰近(proximity)原則,亦即人具有強烈的傾向將空間上鄰近的物件或圖形元素組織成一個知覺單位,因此我們容易將下圖中的例子看成是排成縱列的四個集團,或是六行水平排列的串列,而不是72個獨立的圓圈。

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Photo Credit: Public domain Gestalt proximity

下圖則是相似(similarity)原則,表示在其他條件(例如元素間距)保持固定的前提下,人傾向將特徵相似的元素群組在一起,因此在這例子中我們容易將之視為由橫行而不是縱列所構成的圖形。

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Photo Credit: Gestalt: Law of Similarity public domain

下圖要說明的是封閉(closure)原則,人偏好將刺激解讀成完整的單位,而不是破碎的殘片之集合。因此在此圖例中我們傾向於將刺激看成一個白色三角形壓在一個菱形框線與三個黑色的圓形之上。雖然三角形的輪廓線並未連貫,但由於封閉原則的作用,並不妨礙我們對三角形的知覺。我們對白色三角形的感知則更為複雜,除了動用封閉原則之外,我們還憑空捏造出物理上不存在的輪廓,這個現象稱為「錯覺輪廓」(illusory contours),是平面設計師很喜歡使用的一種視覺效果。

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Photo Credit: Fibonacci CC BY-SA 3.0

下圖是簡單(simplicity)原則的例子,圖中所示的線條畫,絕大多數的人會看成是兩個向右的三角形有部分重疊。然而這只是這個圖形的眾多可能的解釋方式之一,例如我們也可以將此圖視為左邊梯形與右邊一大一小的三角形;也可以將之視為類似快轉鍵的圖形中包含一個小三角形。而完形心理學家認為我們會以最簡單的解釋法來組織我們的經驗,具有良好的對稱性的正方形與部分重疊的兩個三角形比較起來是較為簡單的形式,於是成為我們比較優勢的知覺經驗。

未命名

完形心理學家強調「完形」或是整體大於所有部分的總和。這概念其實間接指出知覺歷程的主動性,亦即殘缺的部件可以在我們腦中激活一個完整的型態概念,該概念則可以進一步的引導我們的知覺系統去發現更多支持該概念的線索。知覺歷程這個「從上下達」的指導力量與感覺系統「由下上傳」形成鮮明的對比,無怪乎十九世紀的感官研究泰斗──漢姆赫茨會稱知覺歷程是一種無意識的推論(unconscious inference)。(Helmholtz, 1885)

鏡像神經系統

我們的行動中,有很大的比例是與社會互動有關。我們必須藉由知覺管道去察言觀色,瞭解他人表情與行動的意圖,乃至進一步能同理對方的感受。早在1970年代發展心理學家便已發現甫出生十二到二十一天的嬰兒便會模仿大人的表情與手勢(Meltzoff & Moore, 1977)。由於年紀這麼小的嬰兒根本沒看過自己的臉,遑論對鏡子練習如何控制自己的臉部肌肉,因此科學家對嬰兒的模仿能力極感困惑,直到1990年代鏡像神經元系統(mirror neuron system)的發現,我們對於支援社會互動所需的知覺管道之認識才獲得突破性的進展。

鏡像神經元最先在猴子大腦的運動區被發現(Di Pellegrino et al., 1992),不同的鏡像神經元會在猴子做各種不同的動作時產生反應,例如某特定鏡像神經元會在每次猴子做出伸手取物的動作時忠實地產生活動,如同典型的運動神經應該具備的樣子。然而與典型的運動神經所不同的是,每次當這猴子觀察到其他個體(別的猴子甚或實驗者)做出伸手取物的動作時,即使猴子本身沒有做任何動作,這個特定的鏡像神經元也同樣會產生活動,如同是這隻猴子所做的動作一般。此時這個鏡像神經元的特性又完全是感覺神經的樣子(Rizzolatti et al., 1996)。

簡單地說,鏡像神經元是將自身執行特定動作(運動神經的角色)與偵測他人之同一動作(感覺神經的角色)的兩種功能集於一身的特殊神經細胞。若應用到嬰兒模仿表情動作的例子上,當一大人對著嬰兒做吐舌頭的動作時,雖然嬰兒看不到自己的臉,但此嬰兒負責偵測吐舌頭動作的鏡像神經元一旦觀察到此動作便會有所反應,這神經反應具有指揮嬰兒伸出舌頭動作的效能(以其身為運動神經的角色),因而促使嬰兒動用相關的肌肉群,做出一個相似的動作。




引領台灣2030科技轉型兼容「創新、包容、永續」三大願景,新科國科會主委吳政忠:我們從被動解題到主動出題!

引領台灣2030科技轉型兼容「創新、包容、永續」三大願景,新科國科會主委吳政忠:我們從被動解題到主動出題!
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我們想讓你知道的是

近期國內政府組織的重要大事之一,就是科技部改制為「國家科學及技術委員會」(以下簡稱國科會)。這個過去主掌國家科技發展預算及科研方向的部會,為何要在這個時刻重新調整組織體質?以及國科會聚焦科技賦能「創新、包容、永續」議題,有哪些不同於以往科技部的實際作為?我們專訪國科會首任主任委員吳政忠了解背後脈絡,讓民眾更理解國科會的任務,透過科技轉型同時帶動社會、經濟、産業、環境等面向的嶄新出路。

科技部為何要改制為國科會?關鍵的決策考量之一,就是因為在科技管理過程,國家整體預算的限制,領導人必須找到最值得投資發展的科技方向。也是在此脈絡下,吳政忠提到他在2017、18年時候,他擔任政委與林萬億政委、唐鳳政委,共同邀集多個國內政策智庫、領域專家,並廣泛接觸社會各領域不同世代、拜訪國際專家,採取多軌意見徵集及討論交流機制,共同集思廣益之後,擘劃出「台灣2030願景」藍圖。

這項跨智庫的研究勾勒出台灣未來將面臨的具體挑戰,像是人口高齡化及少子化、資源循環利用、工作樣態劇變、地緣政治…等明確方向。針對相關趨勢,經過多次討論檢視,提出2030「創新、包容、永續」的願景。不過這些議題跟科技有關面向,交給過往的科技部執掌就好,為何需要國科會扮演統籌角色?

吳政忠解釋,在他心中,國家的科技政策,不只是科技本身,而是與社會、經濟、産業、環境等面向環環相扣。如果是過去的科技部角色,很難與其他部會落實橫向的有效串接,因此在這個國科會成立的時間點,不僅能有效配置政府的科技預算,同時還要整合其他跨部會成員,讓各自部會原本執行的任務能加以妥善融合,更有效率達成未來2030年的「創新、包容、永續」的願景。

另一方面,吳政忠也提到,當這幾年疫情肆虐全球,口罩國家隊、晶片半導體,讓台灣躍升為舉世矚目對象。我們該如何從立基於ICT產業代工、OEM的基礎,運用新科技輔導台灣蛻變為兼具創新、包容、永續的數位島嶼、智慧國家?透過本次專訪,深入洞察國科會在管理相關科技產業發展,會扮演哪些要角及達成哪些任務。

以科技為體、跨部整合為用,從代工心態蛻變創新思維

過去的成功方程式,可能成為日後成長的阻礙。針對2030年願景的「創新面」,吳政忠提到,過去台灣善於等待歐美品牌開規格,再透過技術、人才實力在代工階段取得立足之地。現在,台灣更應該走出一條自己的創新之路,因為過去OEM模式下的人才培育,造就我們只練習解題,但不會出題目,於是商業競爭只能搶到次要商機。

台灣要創新,就必須有系統化改革,例如過去我們都避免犯錯,這與創新是格格不入的,而政府組織如果只仰賴單一部會,缺乏整合是無法用國家層級進行科技轉型。吳政忠說道,「國科會的成立,就是扮演協商跨部會的關鍵角色,從上游研究、中游法人單位、到下游業界應用,跨產學研一棒接一幫串起來,引領創新之際也能做到科技管理。」

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國科會主委吳政忠分享,國科會的主要任務就是做跨部會、上下游整合的工作。

要讓政策、計畫、再到管考,形成一個完善的Closed Loop(閉環),吳政忠以低軌衛星產業為例,他說,「幾年前聽聞SpaceX部署星鏈計畫,我們的太空中心從沒做過通訊衛星,我問如從零發展台灣自身低軌衛星要多久?答案是一、二十年!」

弔詭的是,這些衛星使用的關鍵零組件及晶片,就是由台灣生產。換言之,台灣擁有研發先進晶片的技術,更要從應用端創新找市場藍海。當時吳政忠擔任統合要角,集結太空中心、經濟部、工研院等單位,並且邀請民間企業加入,讓公私的資源整合得以敏捷組隊、快速試錯。

當時的遠見與行動,造就我們的「低軌衛星國家隊」成功打進國際供應鏈,更有望在2025年至2026年實現發射2顆自製的低軌通訊衛星。

走進尋常找問題、想答案,包容式普惠科技向大眾外溢

要想題目,政府組織可以從哪些地方找問題?吳政忠表示,「部會必須要跟地方、跟民眾多接觸,不要躲在辦公室裡面找題目;題目在哪裡?題目就在我們日常的生活,尤其價值最高的産品是越靠近身體,要知道人的需求在哪裡,『食醫住行育樂』處處是題目。」

吳政忠口中的食「醫」住行,「精準健康產業」正可以呼應2030願景的「包容」面向。讓醫療結合ICT科技優勢形成台灣未來百年大業。這兩大產業匯集的精準健康,不僅符合好題目的需求,讓普惠科技逐漸外溢到一般群眾甚至弱勢群體,減少城鄉醫療資源落差,用科技促成社會包容目標。

精準健康除了橫跨預防、治療診斷、照護等,同時基因、生理病徵大數據,這些資料運用怎麼合法合規,就不只涉及醫療院所、資通訊業者的責任,政府更需要擔負起守門人的職責。吳政忠不諱言,「幾十萬、百萬健康個資,如何避免資安竊取、妥善運用,這是國安問題,必須從管制角度完善規範。」

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Photo Credit:The News Lens Brand Studio
國科會主委吳政忠解釋改制後的國科會主委由政務委員兼任,可提升跨部門溝通效率。

至於該怎麼做?吳政忠解釋,改制後的國科會主委是由行政院的政務委員兼任,這項制度的設計,讓政委有權協調各部門,商請各部會首長乃至行政體系官員,更有效率進行跨部會討論複雜議題。

以精準健康為例,相關利益關係者涉及民眾、醫院、醫材商、資通訊廠商、以及主管機關衛福部。針對想推展的創新應用,可透過「沙盒」模式驗證,以「並聯」多方協作商討模式,打破過去單點「串聯」溝通,進一步針對法規缺漏之處快速補強,又不拖累應用落地進度。

民眾有感的永續科技,培養跨界視野的科學人才

至於科技政策如何讓民眾有感,同時又實現永續目標?吳政忠坦言,科技效益要讓大眾從日常生活體察到,難度非常高,目前國科會的著力點有兩大方向。其一是基於前瞻基礎建設計畫,建構民生公共物聯網,打造中央與地方縣市交流平台,針對水、空、地、災議題,找出可行的科技解決方案。

吳政忠提到,以前嘉南一帶需要人力查看灌溉水道和閘門,這類職務被稱為「掌水工」,隨著農業鄉鎮掌水工高齡化,以及環境變遷造成氣候的不穩定,政府協助導入智慧流量監測、電動水閘門科技,幫助掌水工熟悉科技使用,減輕勞務工作的負擔,增進工作的效率,同時也能有效運用水資源達到環境永續。

國科會推動科技永續的第二個面向,則透過各種科普推廣計畫,吸引更多新世代人才投入科研。吳政忠指出,2019年開始舉辦Kiss Science—科學開門,青春不悶活動,把103個科研場域向外開放,並舉辦多達360場活動,鼓勵莘莘學子用趣味方式愛上科技、研讀科學。

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Photo Credit:國科會
國科會Kiss Science活動。

不過吳政忠認為,「所謂科學,不應只侷限理工也包含人文社會,讀人文社會也要懂科技」。學者出身的他,過去主要研究領域擅長於應用力學,搭上近期台灣地震不斷,瞬間化身教書的吳教授,展現他豐富的跨領域學養,親切談著地震波當中縱波(P波)、橫波(S波)的差異,他提到,科學在生活中的用處,就是當了解其中的原理,就能在災害發生當下比別人多一份淡定。

當科技定義的邊界越來越模糊,科技不止是國科會的科技,科技應該是與社會、經濟、産業、環境等共同介接。未來國科會在創新、包容、永續還有哪些新施政?讓我們拭目以待。

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