眼见不一定为实，你的大脑是怎么被骗的？

来源：中科院物理所

作者：Meisa Salaita

翻译：Nuor

审校：zhenni

编辑：藏痴

原文链接：How Optical Illusions Work

1870年，卢迪玛·赫尔曼（Ludimar Hermann）首次发现了赫尔曼栅格错觉，该栅格错觉指的是在黑色背景下白色网格交叉点出现灰色斑点的现象。

仔细观察这张图片，你发现了什么？方格？很棒。再看看“网格交叉口”中的白色区域。虽然这张赫尔曼网格图片实际上只是一个黑白格子，但看起来有一些特殊的地方——在白色网格交叉处有一些灰色的圆盘，或是黑色的斑点。这个网格是视觉错觉最经典的例子之一，你的大脑被欺骗，看到了一些不存在的东西。在白色的网格中看到了黑色的斑点，但当你集中注意力观察这些黑色的斑点时，它们又消失不见了。事实上，这些斑点是不存在的。

这只是眼睛欺骗大脑的无数例子之一。我们会因为各种原因受错觉的影响。相邻的物体会影响你看东西的方式，不同的观察角度会改变你对物体的感知。有时，错觉是因为人眼自身的缺陷，但也不能单单归咎于“心灵的窗户”，大脑也会导致人们受到视觉的欺骗。有时，我们对世界做出评价的速度要快于我们实际观察到世界的速度，这会导致偏见和误差，从而错误看待事物本身。

你可能已经见识过许多视觉错觉的例子，要相信，你并不是一个人。回顾古希腊的历史，亚里士多德也提到过人的思维是多么容易被他所看到的东西欺骗。他指出，当你将视线从一个瀑布转移到瀑布附近静止的岩石上时，会发现岩石正沿着与瀑布相反的方向移动。

就连大自然也参与了这场骗局。我们并不完全理解当我们看到不同的视错觉时大脑会发生什么，但自19世纪以来，科学家和艺术家们已经逐渐注意到了现实和感知之间的这种脱节以及大脑对它的反应。

神经元的欺骗

“旋转蛇”是北冈明佳（Akiyoshi Kitaoka）教授在2003年发现的一种视错觉，在这种视错觉中，即使图像是静态的，色带（“蛇”）也似乎一直在运动。

我们对视错觉的感知是由大脑控制的。例如，大脑可以很容易地在一个物体的两个不同视图之间切换，将一张纸上二维的物体图像转换为我们认为是三维的物体。其中的机制是什么呢？

这很复杂。1981年诺贝尔生理学或医学奖授予大卫·休伯尔（David Hubel）和托斯坦·威泽尔（Torsten Wiesel），授奖原因是他们发现了大脑解码从眼睛中发出的编码信号的过程（当年该奖有多位获奖者）。他们了解到大脑分析眼睛见到的东西是一个分步的过程。大脑中的每一个神经细胞或者神经元都负责视网膜图案中特定的细节。但即使有这些发现，即使知道大脑中每一部分处理颜色、运动、形状和纹理的具体细节，科学家们也无法解释大脑将所有信息结合起来产生整体感知的过程。

通过核磁共振扫描，科学家们可以分析当我们看到视错觉时大脑的活动。他们发现：神经元在相互竞争以看到明暗斑点，获胜的神经元会影响大脑看到的点的颜色，从而影响你最终感知到的东西。

研究人员提出的一种理论是：一些让我们被骗的错觉背后，是大脑在不断尝试预测下一步会发生什么，这个过程可以补偿事件发生与我们感知事件能力之间的小延迟时间。有时，预测与错觉图描绘的现实不符。

关于“运动幻觉”错觉，例如所谓的物体似乎在页面上移动的蛇错觉，科学家有另外一种解释。科学家们提出，我们的眼睛所做的小而几乎无法察觉的快速运动（称为扫视）通常会被大脑平滑下来，从而为我们合成一张图片，这是我们感知实际不存在的运动的原因。但也有人说，这种错觉产生的原因是，我们的视网膜一下接收了如此多的信息，视觉皮层处理这些信息引起了混淆。

显然，并不是所有的错觉原理都相同，当对错觉进行轻微修改时，有些理论并不总是成立。所以，简而言之，我们仍然对为什么大脑如此混乱感到困惑！

看见又看不见

在米勒-莱尔错觉（the Müller-Lyer illusion）中，尽管线条都是相同的长度，但由于箭头的方向它们看起来不同。

视错觉无处不在。亚里士多德注意到瀑布中的视错觉。印第安纳·琼斯（Jones）在《夺宝奇兵3：圣战奇兵》中跨越巨大的裂缝时，在岩石中看到了错觉。我们到处都能看到它们，从错觉艺术家莫里茨·科内利斯·埃舍尔（M.C. Escher）的画作到流行的网络梗（那条裙子是蓝色的还是金色的？）。

事实上，一旦我们中了错觉的“把戏”，就几乎不可能再逃脱。我们无法再回到最开始什么都没看到的状态，一旦有了先验知识，我们大脑就建立了可以迅速获取事物认知的渠道，将从错觉中获取的视觉与实际图案结合。没法回到看到之前的感觉是大脑不仅仅传达眼睛所见的一个完美的例子。

视错觉不仅仅是眼睛和大脑的功能导致的，我们的认知很大程度上也受到文化因素的影响。虽然视错觉在生物基础上对每个人都是一样的，但是不同的文化背景下，每个人看到的东西不一定相同。

以米勒-莱尔错觉为例。在一项研究中，大多数欧洲裔南非人认为这些线的长度不同，但一些南非部落的桑人（bushmen）可以正确地指出它们的长度相同。科学家们从理论上推断，西方社会的人习惯于看到直线和几何形状，而有其他文化经历的人不会接触到相同的几何构型，因此当他们接触到建立在几何骗术基础上的错觉时，他们的大脑不会得出相同的结论。

如何画出一个视错觉三角形

魔鬼音叉

“魔鬼音叉”是一种视错觉，它的一端有三个音叉，到另一端变形为两个音叉。

当用这个视错觉来测试模拟大脑活动的计算机时，计算机也会出错。所以如果文化背景对错觉感知产生影响的话，这个问题仍然还还很多不可解的地方。

我们常看到的大多数视觉错觉，如“魔鬼音叉”，已经存在很长时间了。新的视错觉很大程度上都是对经典概念的翻新。即使是20世界60和70年代流行的视幻艺术（the Op-Art movement），也使用了经典概念，比如说：相邻物体的影响、运动幻觉和透视扭曲等过去视错觉常用的概念。人们对视错觉有着持续不断的兴趣和探索，视觉研究人员每年都会举行竞赛，用以寻找最佳的新错觉。这些比赛不仅仅充满着趣味性，而且能帮助人们更深入研究大脑感知图像的机理。

不仅仅是脑力游戏

1930年，心理学家波林 (Edwin Boring)引用了“我的妻子和岳母”（ My Wife and My Mother-in-Law）这幅画，画中的人物似乎从年轻女子变为老年女子。随着时间的推移，“波林的画”被简化为这里看到的版本。

视觉错觉可以是有趣的游戏。是个老太太！是个年轻女人！老太太！年轻女子！或者两者都是，或者两者都不是。

此外，视错觉也被用于医疗目的，有人推测他们可能在近代史上最大的灾难中起到一部分作用。

幻肢痛是指身体某部分被截肢后断肢上产生的疼痛感觉。虽然医生们试图用药物、物理疗法甚至手术来治疗这种幻觉疼痛，但一些最成功的治疗方法基本上来源于视错觉。

为了让这种大脑骗术奏效，医生让患者将他们存在的肢体——例如，他们的右臂——放在镜子的反射面上，他们的大脑被愚弄，以为他们手臂的反射实际上是他们被截肢的左臂。虽然患者能明白这不是真的，但大脑会被欺骗，以为手臂已经回来了。在多次使用这种镜像疗法后，疼痛通常会消失。

虽然这种视错觉帮助了截肢者，但错觉也可能对人们造成了一些伤害。历史学家推测，泰坦尼克号的沉没可能实际上是一种视错觉的结果。船沉没当晚的大气条件可能导致超折射或光线的极端弯曲。这种光弯曲可能导致了与船相撞的冰山从视线中消失。不仅如此，在碰撞发生后，泰坦尼克号本身也可能成为这种光线弯曲的受害者，使其无法被附近的货轮加利福尼亚号看到，从而错过了被救的时机。