西班牙画家埃尔·格列柯经常在他的作品中描绘拉长的人像和物体。一些艺术史学家认为他可能患有散光——也就是说，他的眼睛的角膜或晶状体可能水平方向比垂直方向更弯曲，导致视网膜后部的图像在垂直方向上被拉伸。但这想法肯定很荒谬。如果这是真的，那么我们都应该把世界倒过来画，因为视网膜图像是倒过来的！（晶状体翻转传入的图像，大脑将视网膜上的图像解释为正立的。）这种谬论源于错误的推理，即我们真的“看到”视网膜上的图像，好像我们用某种内在的眼睛扫描它一样。
没有这样的内在眼睛存在。相反，我们需要考虑无数的视觉机制，这些机制并行地从图像中提取信息，并逐阶段地处理它，然后它们的活动最终在知觉体验中达到高潮。与往常一样，我们将使用一些引人注目的错觉来帮助阐明大脑在这个处理过程中的运作方式。
[中断] 愤怒与平静
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比较a中显示的两个面孔。如果您将页面保持在离眼睛约 9 到 12 英寸的位置，您会看到右边的脸皱着眉头，左边的脸表情平静。
但是，如果您移动图形，使其距离眼睛约六到八英尺远，表情就会改变。左边的脸现在笑了，右边的脸现在看起来很平静。
这种转换是如何可能的？这似乎几乎是神奇的。为了帮助您理解它，我们需要解释格拉斯哥大学的菲利普·G·斯钦斯和麻省理工学院的奥德·奥利瓦是如何构建这些图像的。
正常的肖像（照片或绘画）包含神经科学家（例如我们自己）所称的“空间频率”的变化。我们将讨论两种类型的空间频率：第一种是“高”——图片中存在清晰、精细的线条或细节。第二种是“低”——通过模糊的边缘或大型物体来传达。（事实上，大多数图像都包含从高到低的频率频谱，比例和对比度各不相同，但这对于本文的目的来说并不重要。）
使用计算机算法，我们可以处理正常的肖像，以去除高空间频率或低空间频率。例如，如果我们去除高频率，我们会得到一个模糊的图像，据说它包含“傅里叶空间中的低空间频率”。（这种数学描述不必在此处进一步关注我们。）换句话说，这种模糊过程称为低通滤波，因为它滤除了高空间频率（锐利的边缘或精细的线条），只让低频率通过。高通滤波，相反的过程，保留了锐利的边缘和轮廓，但去除了大尺度的变化。结果看起来有点像没有阴影的轮廓图。
这些类型的计算机处理图像以非典型的方式组合在一起，以创建a中显示的神秘面孔。研究人员从三张面孔的正常照片开始：一张平静的，一张愤怒的，一张微笑的。他们过滤了每张脸，以获得高通（包含锐利、精细的线条）和低通（模糊，以便捕捉大尺度亮度变化）图像。然后，他们将高通平静的脸与低通微笑的脸结合起来，得到左边的图像。对于右边的图像，他们将高通皱眉的脸与低通平静的脸叠加在一起。
当近距离观看这些图形时会发生什么？当您将页面移开时，为什么表情会改变？为了回答这些问题，我们需要再告诉您两件关于视觉处理的事情。首先，图像需要靠近才能让您看到锐利的特征。其次，锐利的特征在可见时会“掩盖”——或将注意力从——大型物体（低空间频率）上转移开。
因此，当您将图片靠近时，锐利的特征变得更加可见，掩盖了粗糙的特征。结果，右边的脸看起来像是在皱眉，左边的脸看起来像是放松了。您根本没有注意到低空间频率传达的相反情绪。然后，当您将页面移得更远时，您的视觉系统不再能够分辨出精细的细节。因此，这些精细特征传达的表情消失了，低频率传达的表情被解除掩盖并被感知到。
该实验生动地展示了剑桥大学的弗格斯·W·坎贝尔和约翰·罗布森最初提出的一个想法：来自不同空间尺度的信息由各种神经通道并行提取，这些通道具有广泛的感受野大小。（视觉神经元的感受野是视觉场的一部分以及视网膜上与之对应的微小区域，刺激需要呈现在那里才能激活它。）它还表明，这些通道并非彼此孤立地工作。相反，它们以有趣的方式相互作用（例如，小感受野拾取的锐利边缘掩盖了由大感受野发出信号的模糊的大尺度变化）。
[中断] 诚实的亚伯
这类实验可以追溯到 1960 年代初期，当时在贝尔实验室工作的莱昂·哈蒙设计了著名的亚伯拉罕·林肯效应。哈蒙通过拍摄一张普通照片并将其数字化为粗像素（图像元素）来制作了诚实的亚伯的图片（b）。即使近距离观看，块状亮度变化中也包含足够的信息来识别林肯。但正如我们已经指出的，这些数据被像素的锐利边缘所掩盖。当您远离照片或眯起眼睛时，图像会模糊，从而消除锐利的边缘。瞧！林肯变得立刻可以辨认出来。伟大的艺术家萨尔瓦多·达利受到了这种错觉的充分启发，并将其作为其绘画的基础，这是艺术与科学的非同寻常的并置 (c)。
[中断] 神秘的蒙娜丽莎
最后，考虑一下列奥纳多·达·芬奇的蒙娜丽莎神秘的微笑。专门研究美学的哲学家和艺术史学家经常将她的表情称为“神秘的”或“难以捉摸的”，主要是因为他们不理解它。实际上，我们怀疑他们是否宁愿不理解它，因为他们似乎憎恨任何科学地解释它的尝试，显然是担心这种分析可能会减损它的美感。
但是哈佛医学院的神经生物学家玛格丽特·利文斯通做了一个有趣的观察；你可以说她破解了达芬奇密码。她注意到，当她直接看着蒙娜丽莎的嘴（d，中间面板）时，微笑并不明显（相当令人失望）。然而，当她将目光从嘴上移开时，微笑出现了，召唤她的眼睛回到嘴边。再次看着嘴，她看到微笑再次消失了。事实上，她注意到，只有当您将目光从嘴上移开时，才能看到难以捉摸的微笑。您必须关注它的眼角余光，而不是直接注视它。由于嘴角的独特阴影（低空间频率的放置），只有当低空间频率占主导地位时——也就是说，当您间接观看这幅杰作时，才能感知到微笑。
为了证实这个概念，她对蒙娜丽莎进行了低通滤波（左侧面板）和高通滤波（右侧面板）。请注意，在低通（模糊）图像中，微笑比原始图像更明显——即使您直接看着嘴也能看到它。然而，在高通（轮廓状）图像中，即使您将目光从嘴上移开，也看不到微笑。将这两张图像重新组合在一起，恢复了原始的杰作和微笑的难以捉摸的性质。与不断变化的面孔一样，我们现在可以更好地理解列奥纳多似乎偶然发现并爱上的东西——一幅似乎栩栩如生的肖像，因为其转瞬即逝的表情（归功于我们视觉系统的怪癖）永远在挑逗着观看者。
总的来说，这些实验表明，知觉不仅仅是眼睛所看到的。更具体地说，它们表明，不同尺度上的信息，例如精细与粗糙，最初可能由单独的神经通道提取，并在处理的不同阶段重新组合，以在您的脑海中创建对单个统一图片的最终印象。