你是否曾在滑動(dòng)屏幕的間隙，對(duì)某些圖片多看兩眼，心里默念“這張好看”？一項(xiàng)12月2日發(fā)表于《PNAS Nexus》的研究，Less is more: Aesthetic liking is inversely related to metabolic expense by the visual system，找到了這背后一個(gè)讓人意想不到的生物學(xué)原因。

來(lái)自多倫多大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，利用AI模型和人腦成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了這背后一條簡(jiǎn)潔有力的規(guī)律：視覺(jué)系統(tǒng)處理圖像時(shí)消耗的能量越少，我們感受到的愉悅感就越高，為“美從何來(lái)”這個(gè)古老問(wèn)題提供了一個(gè)全新的、基于能量效率的解釋框架。

實(shí)驗(yàn)一：讓AI看，數(shù)數(shù)它用了多少“腦細(xì)胞”

首先，研究人員請(qǐng)出了一個(gè)名叫 VGG19的人工智能模型。這個(gè)模型的結(jié)構(gòu)和工作方式，被認(rèn)為與人類(lèi)的視覺(jué)處理系統(tǒng)有相似之處。它就像一個(gè)經(jīng)過(guò)大量圖片訓(xùn)練的“虛擬大腦”，擅長(zhǎng)識(shí)別物體和場(chǎng)景。

研究團(tuán)隊(duì)給VGG19看了4914張來(lái)自真實(shí)世界的圖片（內(nèi)容涵蓋物體、場(chǎng)景等）。他們測(cè)量了模型處理每張圖片時(shí)需要激活的虛擬神經(jīng)元數(shù)量。激活的神經(jīng)元越多，代表處理過(guò)程越復(fù)雜，消耗的計(jì)算能量越大——這被視作代謝成本的代理指標(biāo)。

隨后，他們將這個(gè)能耗指標(biāo)與之前另一項(xiàng)研究中1118名參與者對(duì)同一批圖片的愉悅度評(píng)分進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果非常清晰：圖片讓人工智能模型激活的神經(jīng)元總數(shù)越少（即能耗越低），人類(lèi)對(duì)其的喜愛(ài)評(píng)分就越高。兩者呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)。

研究采用AI模型與人腦成像雙路徑驗(yàn)證的策略

更有趣的是，這種關(guān)系只在經(jīng)過(guò)物體識(shí)別訓(xùn)練的VGG19模型中出現(xiàn)，未經(jīng)訓(xùn)練的隨機(jī)模型則沒(méi)有這種穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)。這說(shuō)明，這種“節(jié)能即美”的效應(yīng)，可能與視覺(jué)系統(tǒng)為了高效理解世界而學(xué)到的組織方式有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)二：直接窺探人腦，看看真實(shí)耗能

AI的發(fā)現(xiàn)如一支序曲，真正的主角還是人腦。為了直接驗(yàn)證假設(shè)，研究團(tuán)隊(duì)動(dòng)用了功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)。

fMRI可以測(cè)量大腦活動(dòng)時(shí)血氧水平的變化（BOLD信號(hào)）。神經(jīng)元活動(dòng)會(huì)消耗氧氣，導(dǎo)致局部血流增加，帶來(lái)更強(qiáng)的BOLD信號(hào)。因此，BOLD的強(qiáng)度可以間接反映大腦某個(gè)區(qū)域在處理信息時(shí)的能量消耗。

研究人員分析了另一項(xiàng)大型研究（BOLD5000）的數(shù)據(jù)。在該研究中，參與者一邊在fMRI掃描儀內(nèi)觀看圖像，一邊評(píng)價(jià)自己對(duì)圖像的喜愛(ài)程度。團(tuán)隊(duì)計(jì)算了大腦各視覺(jué)區(qū)域在觀看每張圖片時(shí)的平均 BOLD 信號(hào)強(qiáng)度（即代謝成本），并與該圖片的大眾審美評(píng)分進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。

人腦的數(shù)據(jù)支持了AI模型的發(fā)現(xiàn)：從處理基礎(chǔ)視覺(jué)信息（如線條、顏色）的初級(jí)視覺(jué)皮層（V1, V2, V4），到負(fù)責(zé)識(shí)別場(chǎng)景、人臉等復(fù)雜信息的高級(jí)區(qū)域（如海馬旁回位置區(qū)PPA、梭狀回面孔區(qū)FFA、枕葉位置區(qū)OPA），它們的BOLD信號(hào)強(qiáng)度與圖片的愉悅度評(píng)分普遍呈負(fù)相關(guān)。并且，相關(guān)性在高級(jí)視覺(jué)處理區(qū)更強(qiáng)。這意味著，對(duì)圖像內(nèi)容的有效、節(jié)能編碼，可能對(duì)審美愉悅的貢獻(xiàn)更大。

此外，當(dāng)研究人員用多個(gè)視覺(jué)區(qū)域的能耗數(shù)據(jù)來(lái)綜合預(yù)測(cè)一張圖片的受歡迎程度時(shí)，也得到了顯著的成功。全腦分析還發(fā)現(xiàn)，除了視覺(jué)區(qū)，前額葉皮層等與高級(jí)認(rèn)知、情緒評(píng)價(jià)相關(guān)的區(qū)域也參與了這一過(guò)程。

審美愉悅感與大腦代謝成本（由fMRI的BOLD信號(hào)測(cè)量）之間的關(guān)系。（A）在多個(gè)視覺(jué)及高級(jí)腦區(qū)中，神經(jīng)活動(dòng)強(qiáng)度與圖片愉悅度評(píng)分呈顯著的負(fù)相關(guān)。（B）一名受試者的腦區(qū)視圖：角回、前扣帶皮層和額上回等區(qū)域尤為明顯

神經(jīng)美學(xué)：美的生物學(xué)原理

長(zhǎng)期以來(lái)，美學(xué)是哲學(xué)和藝術(shù)批評(píng)的領(lǐng)域。直到上世紀(jì)末，隨著腦成像技術(shù)的成熟，科學(xué)家才開(kāi)始用實(shí)證方法研究美感的生物學(xué)基礎(chǔ)。

21世紀(jì)初，塞米爾·澤基等神經(jīng)科學(xué)家正式創(chuàng)立神經(jīng)美學(xué)。他們利用fMRI發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人們欣賞繪畫(huà)與音樂(lè)時(shí)，大腦的獎(jiǎng)賞系統(tǒng)（如伏隔核、眶額葉皮層）會(huì)被強(qiáng)烈激活。這意味著美能像美食、金錢(qián)一樣，直接帶來(lái)神經(jīng)層面的愉悅。同時(shí)，內(nèi)側(cè)前額葉皮層等與自我參照、內(nèi)省思考相關(guān)的區(qū)域也參與其中，提示高級(jí)認(rèn)知在審美中的作用。

洛夫·雷伯等心理學(xué)家提出另一種“加工流暢性理論”：越容易加工的刺激，人們?cè)较矚g。這種加工流暢性本身就能引發(fā)積極情感。例如，清晰度高、對(duì)稱(chēng)、容易辨認(rèn)的圖像，其審美評(píng)分更高。這暗示了知覺(jué)過(guò)程的效率與情感之間存在直接聯(lián)系。

海爾德·萊德等人整合了以上發(fā)現(xiàn)，提出了一個(gè)分階段的審美處理模型：美感是自下而上的知覺(jué)流暢（如刺激的清晰度、對(duì)稱(chēng)性帶來(lái)的易加工體驗(yàn)）與自上而下的認(rèn)知闡釋?zhuān)ㄈ鐐€(gè)人經(jīng)驗(yàn)、內(nèi)省思考）共同作用的產(chǎn)物。

少即是多：美感背后的節(jié)能邏輯

審美體驗(yàn)在科學(xué)上似乎有了大致的輪廓：它既有本能般的愉悅反應(yīng)，也離不開(kāi)精密的認(rèn)知闡釋。但驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的引擎是什么？大腦為何會(huì)獎(jiǎng)賞流暢，愉悅于效率？這僅僅是認(rèn)知上的便利，還是源于某種更為原始和基礎(chǔ)的生理法則？

這項(xiàng)研究用一個(gè)具有生物學(xué)基礎(chǔ)的“能耗”概念，串聯(lián)起了許多分散的美學(xué)發(fā)現(xiàn)，提供了一個(gè)統(tǒng)一的視角：

流暢性偏好：越容易辨認(rèn)、處理的圖像，我們?cè)较矚g。

原型效應(yīng)：“平均臉”之所以常被視為最美，或因“平均”正是大腦編碼效率最高、最節(jié)能的模板。

視覺(jué)不適：某些高對(duì)比度條紋或密集圖案會(huì)引起不適，正是因?yàn)樗鼈兤仁挂曈X(jué)神經(jīng)元過(guò)度同步激活，導(dǎo)致能耗激增。

當(dāng)然，審美是復(fù)雜的。當(dāng)人們進(jìn)行深思熟慮的、有意識(shí)的藝術(shù)鑒賞時(shí)，涉及自我參照、認(rèn)知評(píng)價(jià)的腦網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)會(huì)增強(qiáng)，并與愉悅感呈正相關(guān)。“節(jié)能愉悅”可能更多是第一印象、直覺(jué)性審美的基礎(chǔ)機(jī)制，而更深層次的美學(xué)體驗(yàn)則融合了更多認(rèn)知與情感的加工。

在億萬(wàn)年的演化中，節(jié)能是生存的硬道理。而這份對(duì)高效的偏愛(ài)，或許正悄然塑造著我們眼中所見(jiàn)的世界之美——美，是效率的詩(shī)意體現(xiàn)。

編輯：郭郭

論文信息

發(fā)布期刊 PNAS Nexus

發(fā)布時(shí)間 2025年12月2日

論文標(biāo)題 Less is more: Aesthetic liking is inversely related to metabolic expense by the visual system

(DOI： https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgaf347）