蒙娜丽莎微笑背后的科学

[美]沃尔特·艾萨克森

达·芬奇，一位艺术天才，更是被誉为人类历史上绝无仅有的全才，公认他的才华在绘画方面发挥得淋漓尽致，世界第一名画《蒙娜丽莎》就是证明。

那达·芬奇眼中的自己呢？其实，他始终认为自己在工程科学方面的造诣丝毫不逊色于自己的绘画。因为达·芬奇一辈子都在追求力学、音乐、光学、鸟类学、心脏医学、飞行器、地质学、战争武器的创新性研究。

孜孜不倦的探索精神和希望了解世间一切秘密的冒险激情，让他毫无意外地站在了科学和艺术的交汇点上。科学也的确成就了达·芬奇的艺术，他研究人类的头骨，画出骨骼和牙齿的结构，并在《圣杰罗姆在荒野》中把因痛苦而产生的骨骼变形画了出来。他探索光学原理，用数学表达光线如何进入人的眼睛，并在《最后的晚餐》中将一面墙创造出了空间透视的逼真幻觉。

达·芬奇一直试图把艺术、科学、光和幻觉结合在一起，这样的想法终于在1506年动笔的《蒙娜丽莎》身上完成。这位典雅端庄的丽莎，让达·芬奇耗尽一生的心思，直到16年后死去才算终结。

解剖人脸，分析嘴唇运动的肌肉，并把这些解剖学知识和视网膜处理感知的科学结合，只是为了那一点点迷人的微笑。但正是这微不足道的一点点微笑，让达·芬奇完成了一幅引起人类共鸣的杰作。

迷之微笑的确魔力非凡，似乎真能对我们的目光做出反应。我们微笑，她回以微笑。我们疑惑，她收起嘴角，表情闪烁。我们移开目光，她的微笑却留在脑中徘徊。世上只有这幅《蒙娜丽莎》，会让你我动情。达·芬奇用情感的交互，让观者和蒙娜丽莎的情绪交织在了一起。

共鸣，并对一幅静止的画回应自己的情绪，从这个角度看达·芬奇无疑是AR虚拟现实的先驱。

AR增强现实，他是怎么做到的？这个问题直到今天还在继续被提问。

最早，米开朗基罗的学生瓦萨里在自己的著作里记录了达·芬奇的做法：画画的过程中，达·芬奇会雇乐手来弹琴歌唱，请小丑演员做滑稽的表演。这样做是为了帮助丽莎克服因长时间固定姿势而出现的僵化表情和忧郁情绪，逗她开心就好啦！

瓦萨里说，正是这些努力造就了“让人愉悦，如女神般迷人的微笑”。最后他还总结了一句：这非凡人所能，只有来自上帝的超人类技法才能达到。

瓦萨里的解释流传已久，让人深信不疑。因为人类倾向于将无法解释的自然现象，归结于巫术或神的诘难或赐福。瓦萨里的总结同样如此，这种说法早就被用滥了。

并且他极大地误导了后世的艺术家和观众，让真正的答案隐藏了起来。蒙娜麗莎的微笑和“超人类”没有半毛钱关系，相反，是达·芬奇在研究应用科学和艺术技法多年的基础上，对绘画艰苦探索的结果。

一幅具有最深刻创造力的蒙娜丽莎，不能用一句“超人类”就糊弄过去。只有反复解剖后获得肌肉表情的工作原理，加上无数次试错之后的技法积累，才可能创作出蕴含时间与光线感觉的精湛画作。

这一切的开始，可以回溯到为画像挑选合适的木板开始。

从白杨树的树心切下薄薄的一片，定型后涂一层铅白底色。白色涂底会让光线的反射更柔和，如同半透明的瓷器釉层一样，会增强每一笔颜色的深度、亮度和重量感。

光线会穿透颜料层，到达铅白底漆后再折射回来，摄入眼睛。这些光线往复并相互作用，虽然微弱，但为画面带来了难以琢磨的微妙变化。

正是这些微妙变化让丽莎栩栩如生，加上脸颊和嘴角的轮廓用柔和的色彩、细小的画笔过渡而成，细密光滑得就像瓷器的多层施釉一样，形成的立体的厚度会让光线产生折射，嘴角自然随着观看者的视角变化而变化。

虽然当时油画还未诞生，但这幅画的技法极其接近现代油画。画面上的笔触中颜料比例很小，使用大量的油来调和，用非常细小的画笔慢慢地、一笔一笔、几个月甚至几年地去描画，在薄薄的一层上再涂一层，再涂一层。笔法非常轻，层次分明。这种不厌其烦的多层画法和稀薄的颜料涂层，创造出了独特的深度三维，在阴影中体现出细微的渐变，轮廓转折的方式更像模糊但确定的中国画晕染。

今天，我们拍下一张人像照片，会看到人脸轮廓处会形成很细的阴影，特别是笑容的周围。达·芬奇的解决方案是为这种效果单独创造一种阴影皮肤的颜色。他是第一个使用铁锰混合物烧制出棕色颜料的画家。

世界科学顶级杂志《Nature》发表了一篇X射线荧光光谱研究的文章，文中对达·芬奇的画法做了科学解释：“蒙娜丽莎的脸颊粉色底层上有一层棕色釉，厚度最薄处2-5微米，最深阴影处30微米，全部非常平滑均匀。”并且，这些笔触被设计成不规则涂抹，让皮肤的纹理看起来更加逼真。

每一年，达·芬奇都会专门画一段时间《蒙娜丽莎》。很多个夜晚他是在弗洛伦萨画室旁边的圣玛丽亚诺娃医院太平间里过夜，剥下尸体的皮，观察皮下肌肉和神经。目的是钻研人脸上到底如何形成的微笑，分析每条肌肉的动作范围，以确定控制面部肌肉的神经起源。

研究过程让达·芬奇对人类大脑和神经系统的运作产生了浓厚兴趣，开始好奇人如何将感情转化为身体的变化？在草图集中，他画下了被锯成两半的脊髓，清晰描绘了从大脑向下延伸到脊髓的所有神经。

旁边标注：“脊髓是神经的来源，它能让四肢随意活动。”

如果单纯研究微笑的话，控制嘴唇的肌肉和神经要比其他的地方更重要。因为人类的嘴唇肌肉比任何动物都丰富，唇肌小而丰富，且附着在皮肤深处。这让解剖变得异常困难，但达·芬奇做到了：“你会发现，嘴唇的每一种姿态都有对应的肌肉，并且周围更多的肌肉一直在辅助工作。”

在现代医学尚未启蒙的时代，达·芬奇是怎么做到如此高难度的人体研究的？其实很简单，耗费大量时间反复解剖，反复试验，反复求证。他会在自己身上和尸体上反复测试脸颊的每一块肌肉如何改变嘴唇的形态，然后记录下来，并准确地描绘。

仅此而已。

记录的过程相当严谨，在一张非常复杂的解剖图中，他把两张部分被解剖的脸按侧面画在一起。两张脸展现了面部肌肉控制着嘴唇和其他表情元素。

左边的图片中达·芬奇为了露出颊肌，切除了部分下颌骨。当微笑开始形成时，颊部肌肉会拉回嘴的角度，脸颊会变平。在这里，我们可以看到，通过高超的手术刀切割，然后是笔画，揭示了将情绪传递到面部表情的实际机制。他在一幅脸部素描旁边写道：“表现皮肤、肉体和面部肌肉所有运动的原因，看看这些肌肉是否能从来自大脑的神经那里获得运动。”

其中一块肌肉被标记了“H”标签，称之为“愤怒的肌肉”。另一个标记为“P”，被指定为悲伤或疼痛的肌肉。达·芬奇说明了这些肌肉不仅可以移动嘴唇，还可以使眉毛向下一起移动，从而产生皱纹。

比较解剖学也是达·芬奇科学研究工作中经常使用的方式。这对他的绘画起到了很大的作用，比如在一幅战争画准备稿中，他把人类的愤怒表情和马脸的愤怒对比：“首先要对肌肉发达的马做这个实验。注意控制马鼻孔的肌肉是否和人的一样。”

达·芬奇是迄今为止历史上唯一一个为了研究控制人嘴唇运动的肌肉和控制马鼻孔运动的肌肉是否一样，去亲手解剖马脸和人脸的艺术家。这才是他获得“超人类能力”的根本原因——科学的探索精神。

在比较解剖学的探索中，达·芬奇更深入地研究人类在微笑、鬼脸、悲伤时候的生理机制，更专注于各类神经向肌肉发送信号时的作用。他还提出了一个对艺术至关重要的问题：这些动作哪些起源于颅神经？哪些来自脊髓神经？

科学笔记的记录与解剖图相互对应，让我们更容易了解到当时的工作深度。比如对愤怒表情他写道：“把鼻孔张起来，一侧会引起皱纹，嘴唇拱开露出上牙，牙齿分开，尖叫哀鸣。”

同时，他开始探索其他表情的产生机制，在另一页上，画下了紧闭的嘴唇：“嘴巴缩到最短的长度等于它伸展到最长的一半，等于鼻孔的最大宽度，也等于内眼角之间的距离。”

有着敏锐观察力的达·芬奇还发现了从未有人注意到，但大部分人都可以自己证明的动作：人通过收缩下唇肌肉来折叠嘴唇，上下唇可以同时折叠，但不能单独折叠上唇。

也就是說，“缩短嘴唇的肌肉和形成下唇的肌肉相同”。这是非常微小的发现，但对蒙娜丽莎的微笑来讲非常重要。

以上的努力，让达·芬奇从科学维度将微笑分解：不同的肌肉决定着嘴唇的动作，包括让嘴唇到达某一个点，让嘴唇伸展，或向后弯曲，甚至让嘴唇伸直或横向扭曲，最后恢复到初始位置的肌肉都一一得到详尽分析。基于此，达·芬奇借此完成了人类历史上第一张“微笑解剖图”。

微笑解剖图的正面图是一张缩回嘴唇的轮廓图，皮肤还在，有一排嘴唇，皮肤层已脱落。在图二中那张怪诞的鬼脸上方漂浮着一幅用黑色粉笔画出的简单嘴唇的草图，以一种艺术而非解剖学的方式呈现出来。她的双唇从书页中直接向我们窥望，带着一丝神秘的微笑——忽隐忽现，令人难忘，充满诱惑。尽管嘴角的细纹几乎察觉不到地往下，但给人的印象是嘴唇在微笑。

这些解剖图，也正是形成蒙娜丽莎神秘微笑的源头。

Margaret Livingstone是哈佛医学院的神经科学家，他也对《蒙娜丽莎》产生了兴趣并持续研究。他曾做过以下描述：“一个清晰的微笑，在低空间频率（模糊的）图像中比在高空间频率图像中更加明显。因此，如果你在欣赏蒙娜丽莎的时候目光落在她的手上，那你对她嘴唇部位的感觉就会被低空间频率所主导，感觉就会比直接盯着嘴唇看更加愉悦。”

这是达·芬奇的另一贡献，对光学的研究结果。他意识到光线并不是到达眼睛的一个点来，而是到达整个视网膜区域。

视网膜的中央区域，也就是我们所知的中央凹，有密集的视锥细胞，最擅长观察小细节；相反，周围区域最擅长捕捉黑色和白色的阴影。

当我们直视一个物体时，它看起来更锐利。当我们从侧面观察它，或用眼角余光瞥见它的时候，它会变得有点模糊，好像离我们很远。

利用这些视觉和光学的知识，达·芬奇为蒙娜丽莎创造了互动性。如果观众专注于她的嘴唇，微笑就会变得捉摸不定，因为嘴角的细纹处细节会被观察到，它微微下坠，就像前面的微笑解剖图一样，似笑非笑。

但观众把目光稍稍移开，去关注她的眼睛、脸颊的时候，焦点脱离了嘴唇，就会变得模糊，嘴角细节变得不清晰，但仍然可以看到她唇边的阴影。这些阴影和嘴角柔和的晕染，使她的双唇似乎上翘成一个隐隐的微笑。

如果目光已经移到了她的手上或背景上，更加远离嘴唇，她就好像在非常快乐地微笑。这就是光学的奇妙结果：你越不去看她微笑的嘴唇，她的笑容就越灿烂。

世界上最著名的微笑，捉摸不定的微笑，其中蕴含着达·芬奇对人性的最终认识。他擅长用绘画描绘内在情感的外在表达，但在《蒙娜丽莎》中，他描绘了更重要的东西：我们永远无法完全了解他人的真实情感。他们总是有一种模糊的感觉，带着神秘的面纱。

达·芬奇曾写下一篇论文，专门论述“为什么绘画是所有艺术形式中最崇高的，比诗歌、雕塑甚至文学更有价值”。

文中的一个文论是说画家不仅仅在简单地描绘现实，画家更通过观察和想象扩大了现实。画家们运用各种技巧和想象力，通过组合大量的视觉形象来增强现实，比如只存在于文字中的龙、头顶有角的怪物、长着翅膀的天使，以及比现实更神奇的风景。

“绘画，不仅包含了自然的存在，也包含了大自然从未创造过的无限事物。”

达·芬奇因为对科学的探究，相信知识建立在经验基础之上。

达·芬奇因为对绘画的热爱，更沉迷于对幻想的执着和期待。

他欣赏那些眼睛能看到的奇迹，也欣赏那些只有想象力才能看到的奇迹。他的思维可以神奇地甚至是狂热地在现实与幻想的模糊界限上起舞。

蒙娜丽莎似乎奇迹般地活着，意识到我们和她自己。

蒙娜丽莎更是让科学、魔法和艺术的边界变得模糊，让16世纪的架上绘画和21世纪的AR增强现实技术之间的界限变得模糊。

达·芬奇在生命的最后16年间，努力创作，让她不再仅仅是一幅肖像画。她变成了达·芬奇思考人类情感，思考人类如何与世界连接的智慧结晶。如同他笔下的维特鲁威人，在方圆之间揭示了人与自然之间的尺度奥秘。坐在阳台上的蒙娜丽莎，是达·芬奇对“人类有何意义”这一问题的深刻思考。

第二次世界大战期间，英国人需要以加密电波联系他们在法国保卫战中的盟友时，曾使用了一个暗号：La Joconde garde un sourire——蒙娜丽莎一直在微笑。足以证明，尽管她的微笑捉摸不定，但她的微笑蕴含着时代永恒的智慧。

《蒙娜丽莎》能称为世界第一名画，除了炒作和偶发的传奇事件之外，更重要的是因为我们能感受到与她的情感互动。迷人的蒙娜丽莎独自一人坐在阳台上微笑着，这简单的场景被科学和神奇的幻想不停地放大，最终她引起了全人类一系列复杂的心理反应。最不可思议的是，蒙娜丽莎似乎意识到了我们对她的种种猜测，在不停地表现出回应。

一直以来，相当多的学者和批评家在不停地苛责达·芬奇，认为他浪费了太多的时间专注在光学、解剖学、工程技术和宇宙模型研究上，不然一定会留下更多的绘画传世之作。

蒙娜丽莎用一个微笑，回答了他们。

（摘自《大西洋月刊》）