一位身材健壮的年轻人戴着面具，披着斗篷，身穿黑色氨纶紧身衣，跳上舞台，一只手高高举起，用浓重的口音吼道：“我是日本蝙蝠侠！” 表演者既不是演员也不是杂技演员。他是一位名叫小野淳的数学家，来自日本的明治大学。小野在佛罗里达州那不勒斯（现称 Artis-Naples）的爱乐艺术中心的一次单跳、正中舞台，是 2013 年 5 月 13 日举行的第九届年度最佳错觉大赛的开场表演。在活动开始的四个字后，我们就知道小野获胜了。
除了展示新科学之外，该比赛还庆祝我们大脑美妙而错误的感知，即我们可以准确地看到、闻到、听到、尝到和触摸到我们周围的世界。实际上，准确性并不是大脑的强项，正如每年参赛的错觉创造者们会证明的那样。是的，那里有一个真实的世界，你确实感知到（一些）发生在你周围的事件，但你从未真正生活在现实中。相反，你的大脑从你的感觉系统中收集数据片段——其中一些是相当主观的或坦率地说是错误的——并构建一个世界的模拟。
这种模拟，有些人称之为意识，变成了你生活其中的宇宙。这是你曾经感知到的唯一事物。你的大脑使用不完整且有缺陷的信息来构建这个心理模型，并依靠古怪的神经算法来经常——但并非总是——消除缺陷。让我们快速浏览一下世界上一些顶级的错觉及其对感知科学的贡献。（要观看这些错觉的视频，请访问 ScientificAmerican.com/may2014/illusions。）
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扭曲的翻译
瑞士数学家莱昂哈德·欧拉的一个著名证明表明，如果你移动一个刚体，使其只有一个点保持固定，你将实现旋转。作为思想的数学家，小野和他的同事友安朝保和杉原厚吉不需要欧拉定理来创造旋转的错觉。
小野、友安和杉原表明，当网格图案在某些静态图形上移动时，会导致我们感知到不存在的旋转。当网格在两个相同的静止风车上移动时，它们似乎朝相反方向旋转。这种错觉告诉我们，我们感知的运动源于物体的实际运动与其背景和前景中的上下文信息之间的相互作用。鉴于日常物体几乎从不在无差别的背景前移动，你可能没有你想象的那么正确地看到真实世界的运动。
图西还是非图西？问题就在于……
13 世纪波斯天文学家纳西尔丁·图西在数学上证明了齿轮等物体的圆周运动可以导致直线运动。美国大学的视觉科学家亚瑟·夏皮罗和他的学生亚历克斯·罗斯-海尼格展示了为什么我们有时会从旋转中感知到直线运动。在他们获得二等奖的错觉中，他们利用了这样一个事实，即我们根据物体之间的统计关系将单个移动物体分组为全局结构。例如，一组沿直线或圆周运动的元素看起来可以像以圆形或线性方式运动，这取决于元素的相位——即每个元素开始和结束其路径的相对时间。对线性或圆周运动的感知也可能取决于你注意什么，并且效果也可能是违反直觉的。上面的插图描绘了一个黑色圆圈在较大圆圈内部的不同位置环绕。蓝色点位于较小的圆圈上，当圆圈移动时，它会沿着线性路径（蓝线）移动。但是，如果你专注于该点，黑色圆圈似乎会旋转。同一圆圈上的橙色点采用圆形路线（橙色路径）。但是，如果你放大它，圆圈的运动看起来将是线性的。
三重视觉
我们都见过可以在两种不同方式中看到同一个物体的模棱两可的图形。一个例子是历史悠久的内克尔立方体。神经科学家在实验中使用这种视觉刺激来帮助找到大脑中负责意识感知的回路。他们推断，我们对模棱两可的图形的视角转变是基于神经活动的变化，这些变化与投射到你视网膜上的物理图像的改变无关。因此，在这些条件下神经反应的调节可能潜在地说明了与现实脱节的感知。
澳大利亚昆士兰大学的视觉科学家盖伊·沃利斯和大卫·劳埃德注意到，一些模棱两可的图形可以以三种方式看到，正如他们不可思议的三重立方体错觉中所展示的那样。在这种情况下，错觉艺术家制作了一个计算机模型，其中三个不同的物体从一个关键视角（右上图像）观看时看起来完全相同。从该视图来看，每个图形都是模棱两可的。大脑无法决定边缘是指向观看者还是远离观看者，因为两种解释都是同样正确的。结果，大脑在解释之间循环。该对象可能是两个立方体（左上图像）、一个带有一个立方体形状咬痕的单个立方体（右下图像），或者是一个从下方照明的凹面（左下图像）。然后，错觉艺术家旋转每个物体，以显示从其他角度观看时，这些图形显然是不同的。它们中的每一个都代表了从模棱两可的角度来看该项目的三个可能的视觉解释之一。
彼得和一些旋钮球的案例
THINKSTOCK
错觉不仅仅适用于视觉系统。它们也发生在触觉中，正如达特茅斯学院的认知神经科学家彼得·谢所注意到的那样。在捏铅笔后挤压一个球，谢感到有些不对劲。你自己在家试试。准备一支铅笔和一个小的、圆形的硬球体，例如滚珠轴承或弹珠。首先，用拇指和食指非常紧地纵向挤压铅笔约 60 秒，直到在皮肤上形成一个深的凹痕。现在通过在凹痕位置滚动滚珠轴承来感受它。球不再看起来是圆形的，而是感觉好像它有圆角，好像球的横截面是六边形的。当您挤压铅笔时，皮肤中的触觉感受器阵列会呈现铅笔的形状。然而，大脑假设你手指的皮肤感受器片是光滑和圆形的，并且错误地将感知的边缘归因于球。
没有烟雾或镜子
ISTOCKPHOTO
哥斯达黎加 Sin Humo（一个意为“无烟”的治疗计划）的临床心理学家西德尼·普拉特、玛莎·桑切斯和卡拉·罗维拉在比赛晚会上描述了一个不寻常的前 10 名错觉：他们通过阻挡视觉来使快乐消失。他们的想法来自于发现一种放松技巧，即在吸烟时闭上眼睛可以减少人们从香烟中感受到的乐趣。他们推断，乐趣减少会导致成瘾性减弱。然后，普拉特团队想知道患者的满足感降低是否主要来自闭上眼睛——这阻止了他们看到燃烧的香烟——而不是来自放松本身。
为了检验这个想法，他们只是在患者吸烟时蒙住他们的眼睛——并发现这种操作解释了吸烟乐趣的降低。比赛评委将此演示归类为错觉，因为吸烟者的感知与吸烟的生化现实不符，在生化现实中，来自香烟的乐趣量应基于输送的尼古丁量。然而，无论是否蒙上眼睛，该量都是相同的。
鉴于这种效应，研究人员推断，看到香烟的烟雾，以及它与过去吸烟满意度的推定关联，可能会增强吸烟者对尼古丁的成瘾性。蒙眼技术现在已成为该团队戒烟治疗计划的基石。
舞动的钻石
在这个由桑德兰大学的图形设计师迈克尔·皮卡德和谢菲尔德哈勒姆大学的心理学家亚历山德罗·索兰佐在英格兰创造的令人难以置信的错觉中，实际上没有任何东西在移动，尽管你的大脑乞求不同意。钻石的阴影只是在深色和浅色之间循环。钻石的集合看起来作为一个整体移动，因为钻石静止边缘与其内部阴影之间的不断变化的对比度激活了大脑中的运动回路。
更多腿移动更快？
在进行运动感知项目时，卡尔加里安布罗斯大学学院的艾伦·何注意到，当他将旋转风扇叶片的计算机表示的叶片数量增加一倍后，其旋转速度似乎快了两倍。为了达到同样的效果，卡通动画师在快速移动的角色（如歪心狼）上绘制多条腿和脚。在他们的歪心狼错觉中，何和加州大学圣地亚哥分校的斯图尔特·安斯蒂斯更普遍地证明了这一原理，他们表明，即使圆圈的速度保持不变，增加围绕较大圆圈运行的圆圈数量也会产生更快运动的感知。
视觉系统只能跟踪缓慢、间隔较宽的光点的运动。随着光点加速或靠得更近，它们倾向于模糊或在感知上融合。在这种情况下，何和安斯蒂斯表明，大脑使用不同的策略来计算速度。大脑不是跟踪每个移动元素，而是计算环路周围每个位置的刺激随时间的变化。也就是说，它只是计算它在空间中每个点检测到的闪烁次数。因此，将快速移动元素的数量增加一倍意味着大脑看到两倍的闪烁次数，并得出结论速度增加了一倍。
这种错觉具有商业和实际应用。程序员可以使用它来在电脑游戏中创造快速动作的感知，广告商可能会在他们想要观看者感知到更快运动时在广告牌上添加闪烁的灯光。他们的发现也对道路安全具有影响。当你在高速公路上行驶时，种植在一起的路边树木、栅栏杆和护栏可能会让你认为你移动得比实际速度更快。
移动和收缩
当我们的眼睛逆着自身也在移动和改变大小的背景移动时，我们可能会完全误判移动物体的大小。在这个由内华达大学里诺分校的心理学家吉迪恩·卡普洛维茨和斯沃斯莫尔学院的瑞安·姆鲁切克创造的错觉中，小的、深色的移动条实际上大小保持不变，而背景中移动的浅灰色方框则增大和缩小。然而，当方框增大时，条看起来会缩小。相反，当方框缩小时，条看起来会扩大。
这种错觉表明，大脑整合了多种视觉信息来源来确定物体的大小，包括物体投射在视网膜上的图像大小以及其相对于场景中其他物体的大小。当物体处于运动状态时，提取此类信息尤其具有挑战性，而当观察者的眼睛也在运动时，挑战性会加倍——而眼睛总是处于运动状态。由于这些挑战，任何背景元素大小的变化都会极大地影响前景中移动物体的感知大小。
夸大其词
刚性物体——或我们期望是刚性的物体——当它们被不对称拉伸时，看起来会旋转。在一个戏剧性的例子中，由南密西西比大学的心理学家阿提拉·法卡斯和艾伦·哈伊纳尔创造，当一个静止的计算机生成的头部只是被拉伸——但实际上没有旋转——时，它看起来会转动。