从实验室到智能手表：我们如何“测量”自身体验？

身体、感官和经验的量化并非始于监视资本主义*，它可以追溯到19世纪的数学和统计技术。

*译者注：监视资本主义（surveillance capitalism）是一个政治经济学概念，指的是公司广泛收集和商品化个人数据。尽管这种现象与政府监督截然不同，但两者可能会相互加强。

鉴近 200 年历史的心理物理学方法，今天的传感器不仅可以测量世界，还可以创造替代世界。

1840年的某天，一名男子睁开眼睛，发现自己什么也看不见——这是古斯塔夫·费希纳（Gustav Fechner）后来在日记中写下的“最后一记”。费希纳，德国著名的医学博士，后来成为物理学教授，却一夜之间莫名其妙地失明了。而这样的情况已不是第一次发生。这位科学家经历了长达数月的身体不适：眼前出现闪光、头痛、恶心、食欲不振，失眠和神经症。

这位科学家不知道的是，他的悲惨处境最终会给人类带来一些非同寻常的东西——一个令人震惊的启示，这将永远改变我们对人类感官以及它们如何与身体机制互动的理解。

没人知道为什么费希纳会病倒。也许是过多的工作使他精疲力竭，像是他部分撰写和编辑了一本共八卷本、七千页的百科全书？还是以科学的名义，将自己变成了人肉小白鼠，从而损伤了他的视力？他在探索余像——一种当一个人停止对一个光源的注视之后留在视网膜上的图像——的感官现象时，使用只有彩色滤光片的眼镜盯着太阳看了太久。

这一系列的实验似乎让他陷入了一种灼烧的、永无止境的“光的混乱”中，即使他闭着眼睛，也无法避免。他甚至不得不将自己的卧室全涂成黑色的，以阻止任何光线渗入。

本文改编自古斯塔夫·费希纳的著作《传感机器：传感器如何塑造我们的日常生活》（Sensing Machines: How Sensors Shape Our Everyday Life）^[1]

虽然“接近疯狂”，但费希纳有在努力的、缓慢的，从病痛中恢复过来。他并没有采取一点点增添光亮，让眼睛逐渐适应微弱的光线，而是采取了蛮力的方式：每天让眼睛突然且强烈的瞬间暴露在亮光下，在光线造成剧烈疼痛之前迅速闭上眼睛。他也有恢复进食，吃着些奇怪的美食，比如浸泡在葡萄酒和柠檬汁中的生火腿，还有酸浆果和饮料。虽然他的脑子里仍有“不愉快的感觉”，但他终于还是开口说话了。

十月的一个下午，费希纳漫步进了他的花园，这是他生病期间鲜少会做的事。然而，这一次，他迈出了大大的一步，重新融入视觉世界。他把遮住眼睛的厚绷带取下来。阳光洒了进来。当他向花园里望去时，这位科学家看到了一个奇迹般的景象：他看到花在“发光”，好似正跟他诉说着什么。在这个欣喜若狂的时刻，费希纳有了一个惊人的领悟——植物也是有灵魂的。

让我们快进180年。

在新闻源大流行时代的数字迷雾中，当你在LinkedIn上点击页面，会发现，许多新职业的头衔听起来很奇怪：视觉工程师、应用感知科学家、视觉体验研究员、色彩科学家和神经接口工程师。他们的职位说明是“通过消除意图和行动之间的瓶颈，来帮助我们释放人类的潜能。”

有一种职业或许能特别吸引你的眼球：其名为应用感知科学家，为Oculus工作。Oculus是一家小型初创企业，生产一种轻量级虚拟现实头盔，Facebook在2014年以20亿美元收购了它。招聘公告要求具备视知觉、“视觉计算建模”和“实验或建模方法”方面的专业知识，这些知识“有助于我们了解AR/VR的显示需求和架构”。应用感知科学领域的这一新职业与LinkedIn的其他职业还有一个共同点：它要求学习一门听起来晦涩难懂的学科——心理物理学。

一个身处在19世纪中期德国且经历神秘疾病的科学家，和21世纪寻求探索人类感知深度的工程师有什么共同点？1850年10月22日清晨，就在费希纳病情好转，并与花园里的花朵邂逅的仅仅七年后，物理学家、哲学家、相信灵魂、植物和地球本身的永恒意识的古斯塔夫·费希纳，又一次灵感迸发。他开始意识到精神能量和物质能量之间必然存在着一种关系，这种关系是我们感知外部世界和我们大脑内部世界过程之间的一种可测量的对应关系。

但费希纳需要科学来印证他的理论。因此，他发起了一门听起来充满神秘感的学科，将其命名为心理物理学——一种“身心关系理论”，旨在为两个长期以来呈分离的领域之间建立可测量的联系：由物质与物理组成的宇宙，和由精神与心理组成的宇宙。

在费希纳的理论公式中，心理物理学将是一门“精确的科学，就像物理学一样”，且“依赖于经历，以及那些经验性事实之间的数学联系，这些经验性事实需要对所经历的事情进行测量”。他断言，我们可以用数学来测量和计算我们如何感知世界，这永远改变我们如何看待感官和感知与人造机器的关系。

心理物理学在欧洲科学界掀起了轩然大波。它推动了实验心理学这门新兴学科的发展，在这门学科中，已经有一股将人类思想转化为数字的热潮。那个时期正在崛起的混合科学家——心理学家、哲学家、数学家和物理学家——渴望逃避对感官和思维如何运作的非科学（例如不可测量的）理解，而费希纳为他们提供了弹药。

这些科学家开始发展理论，以证明物理现象（刺激）和对这些现象的感官体验（感觉或知觉）之间的数学联系。但在这个过程中，他们也试图消除体验、主观自我感知，以“客观”的公式和方程替代人类的感官体验。

费希纳的想法很快的在他那个时代新研发的传感器中得以实现。这些传感器有着听起来很奇怪的名字，如波形示波器（kymographion）、速度计或者计时器，它们测量或以图像化的方式表示血压、视觉速度或反应时间。用19世纪法国生理学家艾蒂安-朱尔斯·马雷（Étienne-Jules Marey）的话来说，这些新仪器试图揭示隐藏的“自然语言”。

这种人类感官测量装置是在一种崭新的实验科学环境中研发出的：即欧洲和美国新兴的实验心理学实验室，其目标是创造一种新的人类生存状态：可量化的、可计算的，可预测的。

如今，我们或许可以说心理物理学已死，被埋葬于心理学历史书籍和大学藏品中已被废弃的科学仪器之间。但是，正如我们在LinkedIn上的搜索所揭示的那样，心理物理学在最神秘的地方仍非常活跃。

例如，在Facebook现实实验室（Reality Labs）迷题般的行为研究中，拥有神经科学、应用感知研究、机器人学和计算机科学博士学位的科学家们，仍在利用费希纳在19世纪末所提倡的，感官、刺激和感知的定量建模。只不过在科学革新的21世纪之下，他们的目标则是创建虚拟现实、增强现实和XR体验，这些体验非常真实，同时又完全是人造的。

正如一组认知和计算机科学研究人员所声称的那样，“虚拟现实可以被视为一种长期的心理物理学传统的延续，这种传统试图干预我们的感知，以阐明其潜在的机制。”

美国艺电公司（Electronic Arts）的游戏测试室和各大学的知觉实验室围绕着一个相似的目标联合起来。它们使用着我们这个时代的传感器——传感器网络、统计建模、机器智能、计算基础设施、人类劳动力和地球资源——来捕捉、计算、建模和模拟人类感知，超越了19世纪科学家们最疯狂的梦想。在这个过程中，我们和这些传感器之间建立了一种全新的关系。

与Oculus Quest中的传感器不同（这些传感器可以实例化一幅图像的帧速率是否发生了可感知的变化），1860年的费希纳几乎无法使用传感器来实验性地证明他的理论。当时的“传感器”还比较粗糙：人类的感知能力，在心理物理实验的测试下，会产出关于被试者们所经历的事情的口头数据，然后这些数据可以被计算出测量结果。

换句话说，尽管费希纳的心理物理学从数学逻辑来讲，其方法非常严谨，但它仍然依赖于人类科学家、生理学家，和心理学家们难以避免的，以“主观视角”来报告他们在实验中从被试者那里所感受到的东西。实验员很难衡量其针对被试者的报告是否正确，甚至是否准确。

为了延续费希纳的心理物理学，19世纪的科学家们转向对新兴技术的研发，以改善感官反应的测量方式：新的传感器将证明他们的新理论。这些研究人员成功发明了用于捕捉和测量人类及动物感官的仪器。从检眼镜到声哨、嗅觉计、计时器、触觉计和摄影枪，这些仪器让古法成像中的计时摄影^[2]得以兴起，从某种意义上来说，这些仪器已然成为了事实上的感官。

它们不仅是当今最早的传感器，这些传感仪器也在人类感官的新知识领域——感觉生理学的构建中，扮演了重要的角色。该领域是将感觉理解为心理和生理知识发展的关键。

受费希纳提出的心理物理学启发，感觉生理学家利用科学观察、实验程序和新兴仪器，研究了一系列常见的生理现象，包括听觉和视觉的空间感知，以及神经元信号发射或量子感应的速度：以阈值和刺激强度差异的形式进行的微小测量。

感官生理学直接将身体和感官纳入了技术循环，在致力于实验和分析活体感官的第一批研究实验室中，测量和分析技术的迅速普及不仅仅是一种偶然的关系。感官被重新赋予意义化为技术本身，而且，就像我们的VR和AR头戴式设备一样，仪器越来越多地融入动物和人类的感官。换句话说，感官变成了传感器，传感器扮演了感知的角色。

在19世纪早期到中期，这种将感官“延伸”到仪器设备中的做法似乎是司空见惯的。诸如听诊器和温度计等设备已经开始取代人类的感官。这些新的实验技术和它们部署的实验室的整体效果是，机器不仅越来越多地调节被研究对象的身体和感知，而且也塑造了研究人员自己的感知。换句话说，研究人员变成了数据分析人员。

事实上，对于那些在生理学、心理学和医学的交叉领域工作的科学家来说，仪器成为揭示身体中流动的无形力量的重要伙伴，这些力量是人类感官自身无法感知的。19世纪法国生理学家艾蒂安-朱尔斯·马雷（Étienne-Jules Marey）对这份感悟有着最为清晰的表达，他说：“我们的感官告诉我们是如此之少，以至于不得不经常使用仪器来协助我们分析事物。”

这些科学家试图通过一种早期的数据可视化形式，将混乱、不精确的感觉转化为某种外部可读的东西——便是马雷和数学家、哲学家、感官生理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）所提出的“图形方法”。对于马雷、亥姆霍兹，和当时的其他科学家来说，可视化所隐藏的力量，可能为分析人体内部活动开辟新的篇章。

量化生物体的时代开始了。但这个时代愈发需要更为奇怪的传感设备来推进其科学事业：原始的电极；气动管和机械装置可以连接到不幸的人类和动物的四肢、手臂、翅膀、脚和腿上，例如马雷用于研究活鸟飞行的空气受电弓；记录型设备，如呼吸描记器，其图形化地表示发声过程中产生的喉部运动；抑或是在特定的时间间隔内测量视觉印象如何影响意识的视速仪。

虽然马雷相信这些仪器设备可以使大自然的隐性语言显现出来，然而，这些仪器最终被批评为是不精确的。事实上，图形方法不仅不精确，且被认为具有欺骗性。

尽管人们对于这些“自我登记”仪器（无需人工干预就能自动记录或数据自动存档的设备）的全能能力深信不疑，但在人和仪器之间仍然需要一个人类阐释者——需通过双眼去阅读和理解出现在波形示波器或其他仪器设备上的曲线数据刻度。一位法国研究人员写道：“记录装置除了为我们的感官刻下起伏的线条之外，实则什么也不做；一旦涉及对这些摹写的解释，图形方法相比于直接观测，并不具备更高的确定性。”

现在情况都变了。

虽然马雷的曲线，看起来有点像智能手机上的Fitbit应用或苹果健康应用程序的曲线，但它们之间存在很大的不同。自动算法取代了直接观察，协同存储着对世界感官数据统计分析的一排排网络服务器，正一步步成为我们人类的新晋感觉生理学家。现在，传感器可以捕捉、读取和分析人体产生的信号——血压、血糖、呼吸、神经——而无需依靠人类观察者。

值得注意的是，人们倾向于错误地认为，精密的电子学、数字信号处理、统计模型和自动化计算消除了感官和机械仪器的不精确性。好在，如果数据不精确，算法总是可以调整的。当这些技术产出被发现表现出文化、性别或种族偏见时，情况也是如此。技术上的解决方案，是识别问题并迅速修复它，而不是一开始就将其定位至设计假定中的根本缺陷。^[3]

19世纪末的实验研究人员拿着笔、纸和仪器，准备测量人类对刺激的反应。现在，他们已经离开了最初通过传感器，寻求关于人类感官新知识的科学实验室，转而进入Facebook的现实实验室，或苹果的秘密“运动实验室”——这座位于加利福尼亚州丘珀蒂诺的秘密建筑，不仅雇佣了13名运动生理学家、29名护士和医护人员，而且还雇佣了一支机器大军，记录数万小时的受试者生理数据，以作为测试世界上最有价值的公司的传感器嵌入式产品的基准。

苹果公司为其拥有的仪器设备感到自豪。据该实验室的负责人说，该实验室“收集了史上最多的，有关人类活动和锻炼的实验数据”。

因此，将19世纪传感机器的出现与今天进行比较，既显示了历史的连续性，也揭示了根本性的断裂。在21世纪20年代，每个佩戴健身追踪器、智能手表、生物识别衬衫或可穿戴式传感器的人都参与了一个转变过程：在没有人类心理学家或生理学家干预的情况下，把自己变成了一个个自我监控的测试对象。

在19世纪，我们现在习以为常的无数传感测量工具，仍然局限于实验室。记录生理信号的仪器不会像现在那样离开实验科学的研究所，在健身房或办公室随处可见；那时的它们归属于更大体系的科学仪器的一部分。

此外，人们对人类与数字化技术之间的关系也有着根本不同的理解。事实上，即使当时已经可以随心所欲地利用19世纪的工具，将人体感官抽象地表示为图形化的信号，但产出数据相关的人与产出的数值之间仍存在联系。人们会在实验结束后，瞥一眼被煤烟覆盖的鼓表面上的弯弯曲曲的痕迹，然后宣称：“那就是我。”

然而，数学和统计学的自动化计算改变了这一点。我们现在对时间感知运作方式的理解已然完全不同。之前人们使用波形示波器和脉搏描记器（血压计）时，需要通过手动加快或减慢机械仪器的速度，在旋转式滚筒的物理表面或纸表面上以不同的比例图形记录时间。

如今，Fitbits和Apple watch生成的可视化曲线是截然不同的。它们是经过统计计算所带出的副产品：在窗口大小显示屏上，只能看到一个较长的部分延续性信号，或是经统计技术得出。换句话说，输出的该曲线表明着已被人工计算处理后的时间。

就像他们所处的大数据世界一样，在这个世界里，意义依赖于正确的数学，以便在随机的海洋中找到模式和意义，我们新心理物理学家和生理学家相信，感官的真理可以在数字中找到ーー在基于过去的统计技术中，衡量和预测未来。

也许最重要的是，自从费希纳提出心理物理学以来，感知测量本身的背景和目的，就已经发生了根本性的变化。过去的生理学家和心理物理学家利用仪器，将他们自己和他们的测试对象技术化，现在这些科学家们采取了额外的扩张行为。现在的他们将有着近两个世纪历史的心理物理学科学技术自动化，以设计下一代感知机器。

如今，我们的服装、汽车、房屋、游戏、商店、剧院和画廊中都有传感器的身影。因此，感知测量开始与设计和创作密切相关。用仪器设备来探测人类的感官，不仅是为了更好地理解这些感官是如何工作的；也是在运用这些知识来设计和完善系统，在我们的感知和仪器设备之间产生和预测出崭新的联系，又在这些联系中相互扩展着。

与之前的传感器相比，我们的新型传感器能更精确地捕捉和分析我们呼吸、心跳、脑电波、肌肉紧张或反应时间的微秒数和微空间。这样做还有另一个原因。如今，我们的传感器正构思和创造更新的技术，旨在实现那些被遗忘的19世纪研究人员（如费希纳和马雷）梦寐以求的梦想：成为费希纳所说的技术世界本身的生命实体。

后记

琴心：在当今数字化时代，我们对于现实与虚拟之间的界限越来越模糊；随着时间的推移，人类与技术的关系将会变得更加复杂而令人兴奋。通过将人体、感官，和经历的量化，费希纳提出的心理物理学将人们带入物质/物理的宇宙VS精神/心理的宇宙之间，并持续影响着现代科技领域的发展和应用，尤其在虚拟现实、增强现实和混合现实等领域。翻译这篇文章的过程中，惊叹于理论和技术本身的同时，也感激这些令人惊艳的学术和行业发展为人类的生活所做出的贡献。

光影：大学学习心理物理学时，永远无法想象启发费希纳竟是“灵魂闪光”，瞬间教科书中最严肃的奠基人也变得鲜活起来。

参考文献

1.https://mitpress.mit.edu/9780262046602/sensing-machines/

 2.https://www.artforum.com/print/197607/marey-and-chronophotography-37960

 3.https://medium.com/@ayesharbajwa/what-we-talk-about-when-we-talk-about-bias-a-guide-for-everyone-3af55b85dcdc

原文：https://thereader.mitpress.mit.edu/the-two-century-quest-to-quantify-our-senses/

本文来自微信公众号：神经现实 （ID：neureality），作者：Chris Salter，译者：琴心，审校、编辑：光影