《美国国家科学院院刊》：美貌与大脑能量有令人惊讶的生物学联系

　　"赏心悦目"这个成语可能不仅仅是一种修辞,而是对大脑运作机制的精准描述。多伦多大学研究团队最近在《美国国家科学院院刊》发表的一项研究揭示,人类对美的感知可能源于一种极为实用的生物策略:节省能量。

　　研究人员通过人工智能模拟和脑成像技术发现,那些需要大脑较少神经活动来处理的图像往往被评价为更具美感。这个发现挑战了我们对审美的传统理解,暗示美感体验可能是进化塑造的一种代谢优化机制,鼓励个体选择那些处理起来更省力的视觉刺激。

　　人类大脑虽然只占体重约2%,却消耗全身约20%的能量,而视觉系统又占据大脑能量预算的44%。这意味着仅仅是观看世界这件看似轻松的事情,实际上是一项代谢密集型任务。每一次凝视都会引发一连串电化学反应,需要持续供应葡萄糖和氧气。

　　在这种高昂的能量成本压力下,进化论认为大脑应该发展出提高效率的策略。研究负责人唐一凯、威廉·坎宁安和德克·沃尔特提出了一个大胆假设:大脑可能通过情感奖励机制来鼓励节能行为,而审美愉悦感正是这种机制在视觉领域的体现。

　　为了验证这一假设,研究团队采用了双管齐下的方法。首先,他们使用名为VGG-19的深度卷积神经网络模拟人类视觉皮层的工作方式。这个经过训练可以识别物体和场景的人工智能模型被喂入近5000张不同的真实世界图像。研究人员为每张图像计算了"代谢成本"——即网络中被激活的人工神经元数量和激活强度总和。激活神经元越多、强度越大的图像被认为处理成本越高,反之则被认为更高效。

　　随后,研究团队将这些机器生成的成本估算与真实人类的审美评价进行对比。他们使用了一个包含1000多名参与者对相同图像喜爱程度评分的数据集。结果显示了一个清晰的模式:在人工神经网络中需要较少神经元激活的图像,往往获得更高的人类审美评分。随着处理成本降低,人们感受到的愉悦感随之增加。为确保这不是巧合,研究人员测试了未经训练的随机神经网络,结果这些网络并未呈现相同模式,表明对效率的偏好源于系统学习构建视觉信息的特定方式。

　　计算机模拟虽然有力,但毕竟只是模拟。研究团队需要验证真实的生物大脑是否遵循同样的规律。他们分析了四名人类参与者在功能性磁共振成像扫描仪内观看大量图像时的脑活动数据。功能性磁共振成像通过追踪血氧水平变化来反映代谢能量消耗——当特定脑区神经元活跃时会消耗氧气,随后含氧血液涌入补充,产生可测量的BOLD信号。信号越强表明该区域工作越费力,消耗能量越多。

　　研究人员重点分析了负责视觉处理的不同脑区,从处理边缘和对比度等基本特征的早期视觉皮层,到识别完整场景、面孔和物体的高级区域。结果与人工智能模型的发现高度一致。在几乎所有检测的视觉区域中,较高的代谢活动都与较低的审美评分相关。当视觉皮层需要更费力地编码图像时,参与者报告的愉悦感就会降低。这种关系在处理复杂场景信息的高级视觉区域尤为显著。

　　有趣的是,研究人员也注意到大脑其他区域呈现不同模式。与自我反思和白日梦相关的默认模式网络在某些情况下表现出相反的倾向——较高的活动水平有时与较高的愉悦感相关。这暗示虽然视觉机制追求省力,但大脑的认知部分可能更享受投入和挑战。然而研究强调,主导性的视觉输入处理仍然倾向于低能量状态,我们眼睛感知到的美在很大程度上是效率的信号。

　　这些发现与心理学中的"加工流畅性"理论相符。该理论认为信息处理越快越容易,越能引发积极情绪反应。本研究将这一心理学概念与能量消耗的物理现实联系起来,提供了生物学层面的解释机制。我们认为最具吸引力的图像似乎是那些在提供足够刺激的同时不会过度消耗代谢能量的图像。

　　研究的局限性同样重要。这项研究聚焦于快速视觉处理——参与者需快速评价第一印象,这种设置无法捕捉欣赏复杂艺术作品时产生的深层感受。盯着空白白墙确实非常节能,但大多数人会觉得它乏味而非美观。作者承认刺激物必须达到某种兴趣阈值,节能原则很可能只在满足必要刺激水平后才发挥作用。

　　此外,语境的影响不容忽视。在博物馆里,观众可能愿意花费精力去理解一幅晦涩难懂的画作,因为理解带来的认知收益超过了视觉成本。当前研究捕捉的是一种更为自动化、默认的观看模式。未来研究需要区分简洁性和无聊性各自的影响,并探索因果关系。研究人员建议通过操纵图像来专门改变其代谢成本,观察这种操纵是否会直接改变审美评分。

　　这项研究还为跨感官研究打开了大门。听觉系统可能也以类似的能量预算运行,如果属实,"悦耳动听"可能就是听觉领域的效率信号。从进化角度看,在资源有限的环境中,偏好那些处理成本较低的刺激是一种明智的生存策略。这种偏好通过愉悦感这种情感奖励固化下来,成为我们审美体验的一部分。

　　总而言之,这项研究为美的生物学基础提供了令人信服的证据。它表明审美意识并非纯粹的文化或个人品味产物,而是根植于实用的能量管理机制。我们被那些对新陈代谢友好的视觉体验所吸引,这种吸引力可能在数百万年进化中被精心塑造。下次当你感叹某个场景"赏心悦目"时,或许可以理解为你的大脑正在庆祝一次成功的节能体验。