大脑地图是如何欺骗你大脑的?

根据数据科学家的说法,科学论文中的彩色地图颜色太丰富了。这些数字是如此生动,以至于他们欺骗人们的大脑,让他们认为科学结果比实际结果更具有戏剧性。色彩丰富的图片,用来视觉传达数据的插图,可能是在一篇满是密集文本和日期表文章中最引人注目的东西。这些图像——大脑血流的地图,英国的湿度水平,或者蚂蚁最喜欢咀嚼树叶的地方——就会突然出现。加州大学伯克利分校数据科学家克里斯Holdgraf提供的人类大脑的彩色地图的一个例子:

像这样的图片很有吸引力,Holdgraf告诉现场科学,但它们也是一个问题,因为它们可以欺骗你的大脑。彩色地图背后的想法很简单。有时您试图在一个图中表示多种类型的数据。当你只有两种数据时,这个问题很容易解决,创建一个x轴和一个y轴,如下所示:

如果你沿着x轴绘制两种数据中的一种(我们叫它“时间”)而另一种数据(我们叫它“火箭的高度”)沿着y轴绘制,你可以在图上画很多点,很容易,清晰地表示信息。当火箭随着时间的推移而上升时,这些点会向上移动。

但是有时候,你有三种信息在图表中传递。例如大脑扫描可能会给你一张大脑切片的地图——横坐标是你的x轴,垂直坐标是y轴——上面有关于在这片切片中每一点流过多少血的信息。平面纸上没有三维z轴的空间,因此研究人员通常使用颜色来表示第三种类型的数据。红色可能意味着“大量的血液流动”,而蓝色可能意味着“更少的血液流动”,使用标准的科学软件进行可视化是相当容易的。

神经科学论文中的一个典型人物用颜色来表示不同环境下大脑不同部位的血流变化。图片:NIMH, Public Domain

问题在于人类的大脑不能像感知空间位置那样有效地感知颜色,在2015年的一次演讲中,加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的数据科学家纳撒尼尔史密斯(Nathaniel Smith)和斯蒂芬范德沃特(Stefan van der Walt)详细解释了这个问题:如果两个点相距一英寸,我们的大脑通常都非常善于准确地感知这两个点之间的距离,无论它们在视觉上处于哪个位置。所以像这个爬升火箭图这样的数字很容易读懂。但是颜色更复杂。在彩虹中,橙色的阴影可能远离红色,就像它远离黄色一样,但我们的大脑可能会感知到颜色比实际更红或更黄。

你的大脑以非线性的方式感知颜色——有点古怪,如果你对你选择的颜色不小心,那么从0到0。5的一步可能会被认为是0。3。然后从0。5到1的第二步可能会被认为是0。8。这是一个问题,当你用颜色来表示精确收集的科学数据点之间的关系时。可视化可能会使一个发现看起来比实际的更有戏剧性,或者使小的效果看起来非常大。不认为这是任何人出于任何恶意所做的事情。在大多数情况下,人们只是使用科学软件附带的默认颜色集。但是Holdgraf,连同Smith和van der Walt说,科学家们需要转移到精心挑选的调色板上,以避免绊倒人类大脑中的任何“感知三角洲”——视觉科学说我们的颜色感知是不均匀的。这样的调色板看上去不那么戏剧化。他们不“流行”。但对大多数人来说,他们会更准确地了解数据的真正含义。

这三个图像都是使用相同的数据生成的,但他们讲的不是同一个故事。图片:Chris Holdgraf

为了说明这一点,Holdgraf编写了一个名为“makeitpop”的软件,可以揭示感知增量对数据可视化的扭曲程度。在上面的tweet中,左边的图像使用“viridus”将数据转换为颜色,这是一种避免感知增量的颜色托盘。中间的这个是用Jet做成的,这是一种常见的颜色,由于感性的三角洲,可以使数据看起来比实际更有戏剧性。右边的图像是在viridus图像上使用makeitpop的结果,突出显示使用Jet会产生扭曲的区域。

希望这个例子能帮助科学家们了解感知三角洲以及如何避免它们。然而要做到完美是不可能的,因为不是每个人都能以完全相同的方式感知颜色。虽然他确实认为这种扭曲的彩色地图是一个严重的问题,但他不认为这会导致科学家得出错误的结论——因为没有人把他们对一篇论文的解释纯粹建立在彩色地图上。不过这是一个在科学研究中尽可能诚实和直截了当的问题,如果科学家想要尽可能地精确和准确,他们就不应该使用能扭曲现实的可视化技术?


博科园-科学科普|文:Rafi Letzter/Live Science

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