聚光灯照在魔术师的助手身上。这位身穿白色紧身连衣裙的女子是舞台上散发出的美丽灯塔，光芒四射，照耀着观众。伟大的汤姆索尼宣布他要将她的裙子从白色变成红色。观众们坐在座位边缘，努力将目光集中在这位女子身上，将她的形象深深地烙印在视网膜中。汤姆索尼拍了拍手，聚光灯略微变暗，然后又以红色的光芒重新燃起。这位女子沐浴在一片红色的光芒中。
哇，等一下！用聚光灯切换颜色与观众的预期不太一样。魔术师站在舞台边，为他的小玩笑感到满意。是的，他承认，这是一个廉价的把戏；他最喜欢的那种，他狡猾地解释道。但你不得不承认，他确实把她的裙子变成了红色——连同她身上的其他部分。请大家纵容他，再次将注意力集中在他美丽的助手身上，因为他要再次打开灯光进行下一个魔术。他拍了拍手，灯光再次变暗；然后舞台爆发出一片超新星般的白色。但是等等！她的裙子真的变成红色了。伟大的汤姆索尼又一次成功了！
约翰·汤普森（又名伟大的汤姆索尼）的这个魔术及其解释揭示了对观众大脑中发生的神经过程的深刻直观理解——这种理解我们可以神经科学家可以为自己的科学利益所用。以下是魔术的运作方式。当汤普森介绍他的助手时，她紧身的白色连衣裙不言而喻地诱使观众假设没有任何东西——当然不可能有另一件连衣裙——会藏在白色连衣裙下面。当然，这种合理的假设是错误的。这位穿着紧身连衣裙的迷人女子也有助于将人们的注意力集中在汤普森想要的地方——女子的身体上。他们盯着她看得越久，就越少注意到地板上隐藏的装置，他们的视网膜神经元就越能适应光线的亮度和他们感知的颜色。
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在汤普森在“玩笑”之后滔滔不绝地说话时，每位观众的视觉系统都在经历一个称为神经适应的大脑过程。神经系统对恒定刺激的反应能力（以相关神经元的放电率衡量）会随着时间的推移而降低。这就像神经元主动忽略恒定刺激，以便节省力量来发出刺激正在变化的信号。当恒定刺激被关闭时，适应后的神经元会发出“反弹”反应，称为后放电。
在这种情况下，适应性刺激是红色灯光照射的连衣裙，汤普森知道观众的视网膜神经元在灯光变暗后会在一瞬间反弹。观众将继续看到以该女子形状出现的红色后像。在那短暂的瞬间，舞台上的一个活板门短暂打开，白色连衣裙仅用尼龙搭扣轻轻固定，并连接到通往舞台下方的隐形电缆，从她身上被扯掉。然后灯光再次亮起。
还有两个因素有助于魔术成功。首先，就在连衣裙脱落之前，灯光非常明亮，以至于当灯光变暗时，观众无法看到电缆和白色连衣裙快速移动并消失在舞台下方的景象。当您从阳光明媚的街道走进光线昏暗的商店时，也会发生同样的暂时性失明。其次，汤普森在观众认为魔术已经结束之后才表演真正的魔术。这为他赢得了一个重要的认知优势——观众在关键时刻并没有寻找魔术，因此他们稍微放松了警惕。
神经魔术的新科学
汤普森的魔术很好地说明了舞台魔术的本质。魔术师首先是注意力和意识的艺术家。他们操纵人类注意力的焦点和强度，在任何给定的瞬间控制我们意识到什么和没有意识到什么。他们在一定程度上通过运用令人眼花缭乱的视觉错觉（例如后像）、光学错觉（烟雾和镜子）、特效（爆炸、假枪声、精确控制的灯光）、手法、秘密装置和机械装置（“噱头”）来实现这一点。
但他们百宝箱中最通用的工具可能是创造认知错觉的能力。与视觉错觉一样，认知错觉也掩盖了对物理现实的感知。然而，与视觉错觉不同，认知错觉本质上不是感觉性的。相反，它们涉及诸如注意力、记忆和因果推理等高层次功能。凭借所有这些工具，经验丰富的魔术师几乎不可能追踪实际发生的物理过程——给人留下唯一的解释就是魔术的印象。
神经科学家才刚刚开始赶上魔术师在操纵注意力和认知方面的能力。当然，神经科学的目标与魔术的目标不同；神经科学家寻求了解认知功能的大脑和神经元基础，而魔术师主要想利用认知弱点。然而，魔术师在数百年的舞台魔术中发展出的技巧也可能成为神经科学家手中的微妙而强大的探针，补充甚至可能扩展已经在实验中使用的仪器。
神经科学正通过对魔术本身进行科学研究来熟悉魔术的方法——在某些情况下，首次展示了某些方法在大脑中的运作方式。迄今为止进行的许多魔术研究证实了早期实验心理学工作中已知的关于认知和注意力的知识。愤世嫉俗者可能会不屑一顾地驳斥这些努力：为什么还要做另一项只是证实已经众所周知的知识的研究？但这种批评忽略了研究的重要性和目的。通过研究魔术技巧，神经科学家可以熟悉他们可以用于自己目的的方法。事实上，我们认为，如果研究人员早些时候探究魔术师的直觉，认知神经科学可能会发展得更快。即使在今天，魔术师可能仍然有一些神经科学家尚未采用的绝招。
通过应用魔术工具，神经科学家可以希望学习如何设计更可靠的实验，并创造更有效的认知和视觉错觉，以探索注意力和意识的神经基础。这些技术不仅可以使对聪明且高度专注的受试者进行认知实验研究成为可能；它们还可以为患有特定认知缺陷（例如脑外伤、多动症（注意力缺陷多动障碍）、阿尔茨海默病等引起的注意力缺陷）的患者带来诊断和治疗方法。魔术方法也可能用于“欺骗”患者专注于治疗的最重要部分，同时抑制引起混乱和迷失方向的干扰。
魔术师使用通用术语“误导”来指代将观众的注意力从秘密动作上转移开的做法。在魔术行话中，误导将观众的注意力吸引到“效果”上，而远离“方法”，即效果背后的秘密。借用认知心理学的一些术语，我们将误导分为“公开的”和“隐蔽的”。如果魔术师将观众的视线从方法上转移开，例如仅仅通过要求观众看某个特定物体，那么误导就是公开的。例如，当伟大的汤姆索尼介绍他可爱的助手时，他确保所有人的目光都集中在她身上。
“隐蔽的”误导，与之相反，是一种更微妙的技巧；在那里，魔术师也将其观众的注意力聚光灯——或怀疑的焦点——从方法上转移开，但不必一定转移观众的视线。在隐蔽误导的影响下，观众可能直接看着魔术背后的方法，但却完全没有意识到。
认知神经科学已经认识到至少两种隐蔽的误导。在所谓的视觉变化盲视中，人们无法注意到场景的某些方面与以前的方式不同。变化可能是预期的或意外的，但关键特征是观察者不会通过在任何一个时间点看场景来注意到它。相反，观察者必须将变化后的状态与变化前的状态进行比较。
许多研究表明，变化不需要很微妙才能引起视觉变化盲视。即使视觉场景中的剧烈变化，如果发生在诸如眨眼、扫视眼动（眼睛快速从一个点跳到另一个点）或场景闪烁等短暂中断期间，也会被忽视。英国赫特福德大学心理学家兼魔术师理查德·怀斯曼的“变色纸牌魔术”视频是该现象的一个戏剧性例子（该视频可在 www.youtube.com/watch?v=voAntzB7EwE 在线观看）。在怀斯曼的演示中——您必须观看才能体会——观众无法注意到在镜头外发生的颜色变化。值得注意的是，尽管名称如此，但变色纸牌魔术视频并没有使用魔术来阐明其观点。
无意视盲与视觉变化盲视不同之处在于，无需将当前场景与来自记忆的场景进行比较。相反，人们无法注意到一个完全可见且直接在他们面前的意外物体。心理学家丹尼尔·J·西蒙斯发明了该类型的经典例子。西蒙斯和心理学家克里斯托弗·F·查布里斯当时都在哈佛大学，他们要求观察者计算三名篮球运动员组成的“球队”互相传球的次数，同时忽略另外三名球员的传球。当他们专注于计数时，一半的观察者没有注意到一个穿着大猩猩服装的人穿过场景（大猩猩甚至在场景中心短暂停止并捶胸！）。没有必要突然中断或分散注意力来产生这种效果；计数任务太吸引人了，以至于许多直接看着大猩猩的观察者仍然错过了它。
欺骗眼睛还是欺骗大脑？
魔术师认为隐蔽形式的误导比公开形式的误导更优雅。但神经科学家想知道什么样的神经和大脑机制使魔术能够奏效。如果要将魔术的艺术性应用于神经科学，神经科学家必须了解这种艺术性正在挖掘什么样的认知过程。
也许第一个将魔术感知与生理测量相关联的研究是英国杜伦大学心理学家古斯塔夫·库恩和苏格兰邓迪大学本杰明·W·塔特勒于 2005 年发表的。两位研究人员测量了观察者的眼球运动，而库恩（他也是一位魔术师）通过将香烟掉到桌子下来“变消失”香烟。他们的目标之一是确定观察者错过魔术是因为他们在错误的时间没有看对地方，还是因为他们没有注意到它，无论他们朝哪个方向看。结果很清楚：他们看向哪里无关紧要。
另一项关于另一个魔术“消失球错觉”的类似研究进一步证明，魔术师正在高认知水平上操纵观众的注意力；他们的视线方向对于效果并不重要。在消失球错觉中，魔术师首先将球向上抛起，然后在没有意外的情况下接住几次。然后，在最后一次抛掷时，他只是假装抛球。他的头部和眼睛跟随一个假想球的向上轨迹，但实际上他并没有抛球，而是秘密地将球藏在手掌中。然而，大多数观众感知到的是，（未抛出的）球上升了——然后在半空中消失了。
在与塔特勒合作研究的第二年，库恩和英国苏塞克斯大学的神经生物学家迈克尔·F·兰德发现，观众的视线并没有指向他们自己声称看到球消失的地方。这一发现表明，错觉并没有愚弄负责观众眼球运动的大脑系统。相反，库恩和兰德得出结论，魔术师的头部和眼球运动对于错觉至关重要，因为它们隐蔽地将观众的注意力焦点（而不是他们的视线）重定向到球的预测位置。对魔术师的头部和眼球运动暗示的球的运动做出反应的神经元与对真实运动敏感的神经元位于大脑的相同视觉区域。如果暗示运动和真实运动激活相似的神经回路，那么这种错觉似乎如此真实也就不足为奇了。
库恩和兰德假设，消失球可能是“表象动量”的一个例子。消失的运动物体的最终位置被感知为比其实际最终位置更靠前——就好像预测的位置是从刚刚过去的运动中推断出来的一样。
更多魔术技巧
观众经常试图重建魔术，以了解表演期间发生了什么——毕竟，观察者越是尝试（并且失败）理解魔术，它就越像是“魔术”。就魔术师而言，他们经常敢于让观众发现他们的方法，例如，通过“证明”帽子是空的，或者助手的连衣裙太紧，无法在下面隐藏第二件连衣裙。几乎所有做的事情都是为了通过误导使重建尽可能困难。
但视觉变化盲视和无意视盲并不是魔术师可以从帽子里变出的唯一认知错觉。假设魔术师需要举起手来执行魔术。著名舞台魔术表演 Penn & Teller 的一半成员 Teller 解释说，如果他无缘无故地举起手，他比做出似乎自然或自发的的手势（例如调整眼镜或挠头）更容易引起怀疑。对于魔术师来说，这种手势被称为“告知动作”。
不言而喻的假设和暗示的信息对于魔术的感知及其随后的重建也很重要。魔术师詹姆斯·兰迪（“神奇的兰迪”）指出，与直接断言相比，观众更容易被诱导接受暗示和不言而喻的信息。因此，在重建中，观众可能会记住暗示的建议，就好像它们是直接证据一样。
瑞典隆德大学的心理学家彼得·约翰逊和拉斯·霍尔及其同事应用了这种和其他魔术技巧，开发出一种全新的方法来解决神经科学问题。他们向天真的实验对象展示了女性面孔的图片对，并要求受试者在每对图片中选择他们认为更具吸引力的面孔。在某些试验中，还要求受试者描述他们选择的原因。受试者不知道的是，研究人员偶尔会使用一种从一位名叫彼得·罗森格伦的专业魔术师那里学来的手法，在受试者做出选择之后，将一张脸换成另一张脸。因此，对于被秘密操纵的图片对，受试者选择的结果变成了与他们最初意图相反的结果。
有趣的是，受试者仅在所有被操纵的图片对中的 26% 中注意到了这种切换。但更令人惊讶的是，当要求受试者在被操纵的试验中说明他们选择的原因时，他们会捏造理由来证明结果的合理性——而这个结果与他们实际的选择相反！约翰逊和他的同事将这种现象称为“选择盲视”。通过默认但强烈地暗示受试者已经做出了选择，研究人员能够研究人们如何证明他们选择的合理性——即使是他们实际上没有做出的选择。
扒手的头脑
误导技巧也可能从扒手的技能中发展出来。这些小偷经常在拥挤的公共场所进行交易，他们严重依赖基于社交的误导——眼神接触、身体接触和侵犯受害者的个人空间，或“目标”。扒手也可能根据他们当前的目的以不同的方式移动他们的手。如果他们想将目标的注意力吸引到整个运动路径上，他们可能会扫出一条弯曲的路径，或者如果他们想减少对路径的注意力并快速将目标的注意力转移到最终位置，他们可能会描绘一条快速的线性路径。这些操作的神经科学基础尚不清楚，但我们的研究合作者、专业扒手阿波罗·罗宾斯强调，这两种运动对于有效地误导目标至关重要。我们提出了几种可能的、可检验的解释。
一种建议是，弯曲和直线的手部运动会激活大脑中两个不同的控制系统来移动眼睛。“追随”系统控制眼睛在平稳移动的物体时跟随，而“扫视”系统控制眼睛从一个视觉目标跳到下一个视觉目标的运动。因此，我们假设扒手的弯曲手部运动可能会通过目标的追随系统触发眼睛控制，而快速的直线运动可能会导致扫视系统占据主导地位。然后，如果目标的追随系统锁定扒手手的弯曲轨迹，则目标的视觉中心可能会从隐藏盗窃的位置转移开。如果快速的直线运动吸引了目标的扫视系统，那么扒手就会获得优势，即当眼睛从一个点跳到另一个点时，目标的视觉会被抑制。（这种现象在视觉科学中是众所周知的，称为扫视抑制。）
对不同手部运动的另一种可能的解释是，弯曲运动可能比线性运动在感知上更突出，因此更能吸引注意力。如果是这样，只有大脑的注意力系统——而不是任何眼睛运动的控制系统——可能会受到扒手的手动误导的影响。我们早期的研究表明，物体的曲线和拐角比直线边缘更突出，并产生更强的大脑活动。原因可能是锐利的曲线和拐角比直线边缘更难以预测和冗余（因此更新颖和信息量更大）。同样，弯曲轨迹可能比直线轨迹更不冗余，因此更突出。
控制有线大脑中的意识
使用魔术作为认知错觉的来源来帮助隔离负责特定认知功能的神经回路的可能性似乎是无穷无尽的。神经科学家最近从魔术中借用了一种技巧，该技巧使志愿者受试者错误地将两个事件联系起来作为因果关系，同时记录了受试者的大脑图像。当事件 A 先于事件 B 时，我们常常得出结论（正确或错误地）A 导致 B。熟练的魔术师利用了这种倾向，确保事件 A（例如，在球上倒水）始终先于事件 B（球消失）。事实上，A 并没有导致 B，但它的先出现有助于魔术师使其看起来如此。认知心理学家将这种效果称为错觉相关性。
在 2006 年的一项未发表的研究中，库恩和认知神经科学家本·A·帕里斯和蒂姆·L·霍奇森（当时都在英国埃克塞特大学）向正在接受功能性磁共振成像的受试者展示了涉及明显违反因果关系的魔术视频。将受试者的大脑图像与对照组的大脑图像进行了比较：对照组的人观看了没有明显因果关系违反的视频。研究人员发现，观看魔术的受试者比对照组的前扣带皮层激活程度更高。这一发现表明，该大脑区域可能对解释因果关系很重要。
库恩及其同事的工作仅仅开始暗示魔术技巧在操纵注意力和意识以研究大脑生理学方面的力量。如果神经科学家学会像专业魔术师一样熟练地使用魔术方法，他们也应该能够精确地、实时地控制意识。如果他们将意识的内容与神经元的功能相关联，他们将有手段探索意识本身的一些奥秘。
注意：本文最初印刷时的标题是“魔术与大脑”。