悖论——其中相同的信息可能导致两种矛盾的结论——同时给我们带来快乐和折磨。它们是无尽的着迷和挫败感的来源，无论它们涉及哲学（考虑罗素悖论，“这句话是假的”）、科学还是感知。诺贝尔奖获得者彼得·梅达沃曾说过，这样的谜题对科学家或哲学家产生的影响，就像工程师闻到烧焦橡胶的味道一样：它们创造了一种不可抗拒的找到原因的冲动。作为研究感知的神经科学家，我们感到有必要研究视觉悖论的本质。
让我们以最简单的情况为例。如果来自不同来源的信息彼此不一致，会发生什么？通常，大脑会听从统计上更可靠的信息来源，而简单地忽略另一个来源。例如，如果您从远处观看空心面具的内部，您会将脸部视为正常——即凸面——即使您的立体视觉正确地发出信号，表明面具实际上是空心的凹面。在这种情况下，您的大脑对凸面的累积经验会覆盖并否决对不寻常的空心面孔的感知。
最吸引人的是感知与逻辑相矛盾的情况，从而导致“不可能的图形”。英国画家和版画家威廉·荷加斯可能在 18 世纪创作了最早的此类图形 (a)。 简要查看此图像不会显示任何异常。 然而，仔细检查会发现它在逻辑上是不可能的。 另一个例子是“魔鬼的音叉”或舒斯特难题 (b)。 这种不可能的图形提出了关于感知与理性之间关系的深刻问题。
支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
在现代，瑞典艺术家奥斯卡·路透斯瓦德在一定程度上复兴了对此类效果的兴趣。 他被称为不可能图形之父，设计了许多几何悖论，包括“无尽的楼梯”和“不可能的三角形”。 这两个图形也由著名的父子科学家莱昂内尔和罗杰·彭罗斯独立开发，c 显示了他们版本的现在通常称为彭罗斯三角形的图形。
荷兰艺术家 M. C. 埃舍尔在他的探索空间和几何学的版画中巧妙地融入了此类图形。 考虑埃舍尔的楼梯 (d)：楼梯的任何单个部分都不是不可能或模棱两可的，但整个组合在逻辑上是不可能的。 您可以永远向上攀登楼梯，但仍然不断绕圈，永远无法到达顶部。 它概括了人类的状况：我们永远追求完美，但永远无法完全达到目标！
这个楼梯真的是一个感知悖论吗？ 也就是说，大脑是否无法构建连贯的感知（或感知的标记），因为它必须同时接受两种矛盾的感知？ 我们认为不是。 感知几乎在定义上必须在任何给定的瞬间都是统一和稳定的，因为它的全部目的是引导我们采取适当的目标导向行动。 事实上，一些哲学家将感知称为“行动的条件性准备”，这似乎有点夸大其词。
尽管人们普遍认为“我们看到我们相信的”，但感知机制实际上处于自动驾驶状态，因为它们计算并发出视觉环境各个方面的信号。 您无法选择看到您想看到的东西。 （如果我向您展示一只蓝色的狮子，您会看到它是蓝色的。 您不能说，“我将选择将其视为金色，因为它应该是金色的。”） 相反，d 中的悖论正是因为感知机制执行严格的局部计算，发出“上升的楼梯”的信号，而您的概念/智力机制推断出这样的上升楼梯在逻辑上不可能形成闭环。 感知的目标是快速计算出足够好的近似答案，以供立即生存； 您不能反复思考狮子是近还是远。 理性概念（逻辑）的目标是花时间产生更准确的评估。
真悖论还是伪悖论？
不可能的图形（除了我们将返回讨论的三角形）是否是感知领域本身的真正悖论？ 有人可能会争辩说，感知本身仍然是，或者似乎仍然是，内部一致、连贯和稳定的，而真正的悖论式感知是矛盾修饰法。 楼梯与我们看到视觉错觉（例如缪勒-莱尔错觉 (e)）并无不同——其中两条长度相等的线看起来长度不同——但随后用尺子测量这两条线，并在智力层面上说服自己这两条线的长度是相同的。 冲突发生在感知和智力之间，而不是感知本身的真正悖论。 另一方面，“这句话是假的”完全是概念/语言领域的悖论。
另一个引人注目的感知是运动后效。 如果您盯着一个方向移动的条纹看一分钟，然后将目光转移到静止的物体上，则该物体似乎会朝与条纹移动方向相反的方向移动。 这种效果的产生是因为您的视觉系统具有发出不同方向信号的运动检测神经元，并且在一个方向上不断移动的条纹会使通常会发出该方向信号的神经元“疲劳”[参见维拉亚努尔·S·拉马钱德兰和黛安·罗杰斯-拉马钱德兰的《视觉世界的稳定性》； 《大众科学·心灵》，2006 年 2 月/3 月]。 结果是“反弹”，即使静止的物体也似乎朝相反的方向移动。
然而奇怪的是，当您看着物体时，它似乎在一个方向上移动，但它似乎没有到达任何地方； 它没有朝着目标前进。 这种效果通常被吹捧为感知悖论：事物怎么可能看起来在移动但位置没有改变？ 但再一次，感知本身不是悖论； 相反，它肯定地发出信号表明物体正在移动。 是您的智力推断出它没有移动并推断出一个悖论。
考虑一个更熟悉的相反情况。 您知道（推断）您时钟的时针在移动，即使它看起来是静止的。 它的移动速度不够快，无法激发运动检测神经元。 然而，没有人会将时针的移动称为悖论。
感知-认知边界
存在一些临界情况，例如魔鬼的音叉。 在这种显示中，有些人可以“一眼”看到整体。 局部和全局感知线索本身被感知为具有内在矛盾的单一格式塔。 也就是说，人们可以一眼掌握整体并欣赏其悖论性质，而无需思考它。 这种显示提醒我们，尽管感知的模块化准自主性质及其明显的智力免疫力，但感知和认知之间的界限可能会模糊。
不可能的三角形是类似的。 正如英国布里斯托尔大学神经心理学荣誉教授理查德·L·格雷戈里所表明的那样，您可以构建一个复杂的 3-D 物体 (f)，只有从一个特定角度观察时，才会产生 g 中的图像。 从那个特定角度来看，该物体看起来像一个限制在单个平面内的三角形。 但是，即使您的智力确信它们是可能的（在被展示了 g 的视图之后），您的感知也会拒绝如此高度不可能发生的事件。 因此，即使您在概念上理解了物体 f 的不寻常形状，当您查看 g 时，您仍然会看到一个闭合的三角形，而不是实际产生它的物体 (f)。
人们将如何通过经验检验这些概念？ 对于埃舍尔楼梯，人们可以利用感知几乎是瞬时的这一事实，而认知则需要时间。 人们可以短暂地呈现显示内容——足够短的时间以防止认知介入——例如十分之一秒，然后是掩蔽刺激（这可以防止在移除测试图形后继续进行视觉处理）。 预测是，除非刺激持续时间充分延长，否则图片应该不再看起来是悖论式的。 对于魔鬼的音叉，也可以尝试同样的方法，它更有可能是一个真正的感知悖论。 在这种情况下，掩蔽可能无法将其“解剖”为两个不同的（感知或认知）阶段。 它可能归结为规模或复杂性问题。
无论悖论的起源是什么，任何人都不会对这些神秘的展示品不感兴趣。 它们不断地挑逗我们的感官，并挑战我们所有关于现实和幻觉的概念。 人类的生活似乎愉快地被悖论所困扰。