视觉图像本质上是模棱两可的：视网膜上一个人的图像，对于近距离看到的矮人或远距离看到的巨人来说，大小是相同的。感知部分是使用关于世界的某些假设来解决这种歧义的问题。我们可以使用错觉来揭示大脑隐藏的规则和假设是什么。在本专栏中，我们考虑阴影错觉。
在插图 a中，这些圆盘是模棱两可的；你可以将顶行看作是从左边照亮的凸球或“鸡蛋”，而将底行看作是凹陷——或者反之亦然。这一观察表明，大脑中的视觉中心有一个内置的假设，即单个光源照亮整个图像，考虑到我们在一个只有一个太阳的星球上进化而来，这是有道理的。通过有意识地将光源从左向右移动，你可以使鸡蛋和凹陷的位置互换。
在插图 b中，图像更引人注目。在这里，顶部发光的圆盘总是看起来像鸡蛋，而底部发光的圆盘是凹陷。因此，我们发现了视觉系统使用的另一个前提：它期望光线从上方照射下来。你可以通过将页面倒过来验证这一点。所有的鸡蛋和凹陷都会立即互换位置。
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令人惊讶的是，即使你将头部旋转 180 度，大脑关于光线从头顶上方照射下来的假设仍然保留。请朋友为您正向拿着这一页。然后弯下腰，从两腿之间看向身后的页面。你会发现，开关再次发生，就好像太阳粘在你的头上，从地板上向上照射一样。来自你身体的平衡中心——前庭系统——的信号，在前庭系统中，由你耳朵里叫做耳石的小石头的位置引导，传递到你的视觉中心，以纠正你对世界的图像（以便世界继续看起来是直立的），但不会纠正太阳的位置。
从这个实验中我们了解到，尽管视觉给人的印象是无缝统一的，但实际上视觉是由大脑中多个并行信息处理模块介导的。有些模块连接到前庭系统；然而，处理阴影形状的模块却没有。原因可能是，为了放置在所谓的以世界为中心的坐标中而校正图像，计算量太大，而且会花费太多时间。我们的祖先通常保持头部直立，因此大脑可以侥幸使用这种捷径（或简化假设）。也就是说，我们的祖先能够经常将婴儿抚养到成年，因此没有选择压力促使产生前庭校正。
如果你看插图 c，你会发现你几乎可以立即在心理上将所有的鸡蛋分组，并将它们与凹陷分开。正如视觉科学家几十年前发现的那样，只有某些在视觉处理早期提取的基本特征才能显著地“跳出来”，并能以这种方式分组。例如，你的大脑可以辨别出绿色背景中的一组红色点，但不能将散布在皱眉背景中的微笑分组。因此，颜色是早期提取的原始特征，而微笑则不是。
（能够将相似颜色的碎片拼凑在一起，这在生存方面是有意义的。一只隐藏在绿色树叶屏障后面的狮子仅仅以金色的碎片可见，但视觉大脑将这些碎片组装成一个单一的、金色的、狮子形状的形式，并警告：“快离开这里！”另一方面，物体不是由微笑组成的。）
你可以在c中将鸡蛋分组这一事实表明，阴影信息，如颜色，在视觉处理的早期就被提取出来。这一预测在最近几年通过记录猴子神经元的活动和进行人体脑成像实验得到了证实。视觉皮层中的某些细胞在观察者看到鸡蛋时会放电；另一些细胞只对凹陷做出反应。在插图 d中，圆圈的亮度极性与c中相同，你无法感知到分组；这一事实表明感知深度作为早期在视觉处理中提取的线索的重要性。
当然，经过数百万年的进化，“发现”并利用了阴影的原理，而研究人员只是在最近才探索这些原理。瞪羚有白色的腹部和深色的背部——反阴影——抵消了来自上方的阳光的影响。结果减少了突出，因此瞪羚不那么显眼；它们也显得更瘦，对捕食者来说不那么美味。毛毛虫也有反阴影，因此它们更像它们啃食的扁平叶子。一种毛毛虫物种具有“反向”反阴影——这在科学家意识到这种昆虫习惯性地倒挂在树枝上之前，是没有意义的。一种章鱼甚至可以反转其反阴影：如果你将章鱼倒挂起来，它会使用皮肤中称为色素细胞的色素产生细胞，这些细胞受其前庭输入控制，以反转其较暗和较亮的区域。
查尔斯·达尔文注意到大自然使用阴影的一个 striking 的例子，即在孔雀雉长尾巴上突出的眼睛状斑点。当尾羽水平静止时，球体从左到右被着色。然而，在鸟类的求偶展示期间，尾羽会竖立起来。在这个位置，斑点顶部较浅，底部较暗，因此圆盘看起来像闪亮的金属球体一样凸出——相当于鸟类的珠宝。
几个简单的阴影圆圈可以揭示我们视觉系统的潜在假设——甚至这些原理如何在塑造进化适应中发挥了作用——这表明了视觉错觉在帮助我们理解感知本质方面的力量。
编者注：这篇文章最初以“眼见为实”为标题发表