大脑的面部识别系统很容易被愚弄

我们的大脑经过精妙的调整，能够感知、识别和记住面孔。在繁忙的街道上，我们可以很容易地在数十甚至数百张陌生的面孔中找到朋友的面孔。我们会观察彼此的面部表情，以寻找赞赏和不赞同、爱和轻蔑的迹象。即使我们已经通过书信或电话与某人交谈了很长时间，当我们亲自见到他或她并能够“将名字与面孔对应起来”时，我们常常会感到欣慰。

负责我们精细的“面孔感”的神经元位于一个名为梭状回的大脑区域。对这个大脑区域的创伤或损伤会导致一种罕见的神经系统疾病，称为面孔失认症，或脸盲症。面孔失认症患者无法识别名人、近亲，甚至无法在镜子里认出自己。但是，即使是我们这些面部识别能力正常的人，也容易受到面部感知中的许多错觉和偏见的影响。

“蒙娜丽莎”的微笑

支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章，请考虑支持我们屡获殊荣的新闻报道，方法是 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。

蒙娜丽莎迷人的微笑（左）可能是史上最著名的艺术谜团。哈佛医学院的神经生物学家玛格丽特·S·利文斯通表明，蒙娜丽莎的微笑出现和消失是由于大脑使用不同的视觉过程来感知我们视觉中心与外围的信息。

直接看着蒙娜丽莎的嘴唇，注意到她的微笑非常微妙，几乎没有。现在看着她的眼睛或头发的分缝处，同时注意她的嘴。她的微笑要宽得多。当我们凝视蒙娜丽莎的脸时，我们眼睛的移动使她的微笑变得生动起来，随着我们对微笑的感知发生变化而忽明忽暗。

视觉场的中心和外围对感知产生这种差异性影响，是因为我们视觉中心的神经元看到的只是世界的一小部分，从而为我们提供高分辨率的视觉。相反，外围的神经元看到的是视觉场景中更大的部分，因此分辨率较低。

这就是眼睛在观看蒙娜丽莎时发生的事情：眼睛将从画作反射的光线聚焦到视网膜上，上下颠倒和前后颠倒（右）。视网膜内相邻的光感受器被从画作反射的相邻光点激活。

达芬奇的感知密码

蒙娜丽莎的微笑可以用这样的事实来解释，即图像在我们视觉的外围是模糊的，因此只有在模糊时才能看到她的微笑。利文斯通通过模拟视觉系统如何在远外围、近外围和我们凝视的中心看到蒙娜丽莎的微笑来解开了这个谜团（上图，从左到右）。该模拟是在Photoshop中完成的，方法是简单地模糊和去模糊画作，以模拟分辨率从视觉中心到远外围的变化。微笑出现在左侧和中间面板（远和近视觉外围）上，但在右侧面板（凝视中心）上消失了。这种效果类似于愤怒博士和冷静先生的混合图像，同样可以用不同视网膜神经元针对不同空间频率进行调整的事实来解释。从某种意义上说，莱昂纳多·达·芬奇将蒙娜丽莎画成了一个混合体，一个快乐的蒙娜丽莎叠加在一个悲伤的蒙娜丽莎之上，每个蒙娜丽莎都有不同的空间频率内容。

诚实的亚伯

超现实主义画家萨尔瓦多·达利也尝试在单个图像中结合高空间频率和低空间频率内容（上图）。这幅画的标题说明了一切：《加拉凝视地中海，在二十米处变成亚伯拉罕·林肯的肖像》（向罗斯科致敬）。当您从远处观看这幅画或眯起眼睛时，这幅画的更精细的细节（例如彩色色块的边缘）会变得模糊，然后您可以看到构成林肯面部的低空间频率形状和阴影。

性别的错觉

心理学家理查德·罗素创造的这个错觉在2009年最佳年度错觉竞赛中获得第三名。并排的面孔被感知为女性（左）和男性（右）。然而，两者都是同一个雌雄同体面孔的版本（请参阅http://illusionoftheyear.com/2009/the-illusion-of-sex）。这两个图像是相同的，只是左侧面孔的眼睛和嘴巴与面部其余部分的对比度高于右侧面孔。

这个错觉表明，对比度是确定面孔性别的重要线索，低对比度面孔看起来像男性，而高对比度面孔看起来像女性。这也可能解释了为什么许多文化中的女性用化妆品来加深她们的眼睛和嘴巴的颜色：化妆后的脸比素颜看起来更女性化。

猫科动物的脸

在奥利瓦的麻省理工学院实验室创作的《猫女》（右）是女人（左）和猫的混合图像。在近距离，《猫女》有一张猫的脸。但在远处，粗糙的特征掩盖了胡须、皮毛纹理和其他细节。简单地将透明的猫脸叠加在女人的脸上不会产生相同的效果；这种错觉只有通过组合两个空间细节不同的图像（一个精细，一个粗糙）才能起作用。

玛格丽特·撒切尔错觉

英国约克大学视觉科学家彼得·汤普森的这个错觉对于我们理解面部感知至关重要。当这种错觉在1980年被发现时，科学家们已经知道面孔倒过来很难识别。但当时的假设是，由于大脑总是看到正立的面孔，因此面部识别细胞针对正立的面孔进行了优化。这个假设部分正确，但玛格丽特·撒切尔错觉更进一步表明，大脑不仅仅是处理和存储整个面孔的表征；而是识别诸如嘴巴和眼睛等单个面部特征的表征。

撒切尔图像的顶部和底部行彼此相同，但垂直翻转。顶行看起来像两个倒立的撒切尔，这没问题。但底行看起来左边是撒切尔，右边是可怕的变种人。原因是，左列描绘的是正常的面孔（尽管上面的面孔是倒立的），而右列显示的是弗兰肯斯坦式的撒切尔合成图，只有眼睛和嘴巴是垂直翻转的。右上角的撒切尔不会让你感到害怕，因为眼睛和嘴巴是正立的（尽管整个面孔是倒立的），因此你的面部感知神经元将它们视为“正常”（即使它们与面部的其余部分不匹配）。

右下角的图像令人毛骨悚然，因为眼睛和嘴巴是倒立的，因此完全错误，尽管整个面孔是正立的。哈佛大学利文斯通及其当时的同事神经科学家温里奇·弗赖瓦尔德和多丽丝·曹的研究发现，大脑中存在对特定面部特征（如嘴巴和眼睛）做出反应的神经元，这证实了几十年前从这种错觉中做出的预测。

托尼·布莱尔错觉

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的视觉科学家斯图尔特·安斯蒂斯在2005年创造了这个错觉，以庆祝撒切尔错觉25周年。安斯蒂斯推断，如果面部检测神经元更喜欢正立的面部特征，那么它们也应该对其他进化上稳定的面部方面具有选择性。他通过比较托尼·布莱尔的正片和负片图像来检验了这个想法。由于我们已经进化到只在正对比度下看到面孔，因此，如果以负片形式显示单个面部特征，对面部特征的感知应该会失败。与撒切尔错觉一样，以负片形式显示整个面孔（左上角）使其不如正常面孔（左下角）容易识别。使用叠加在负片面孔上的嘴巴和眼睛的正片图像看起来也不是特别怪异（右上角）。但是，带有负片嘴巴和眼睛的布莱尔正片图像（右下角）与正立撒切尔中的倒立嘴巴和眼睛一样可怕。

穆尼面孔

我们的神经系统被硬连线来快速有效地检测和处理面孔，即使细节很少。如上图所示的图片通常被称为穆尼面孔，以认知心理学家克雷格·穆尼的名字命名，他曾在他的感知研究中使用过类似的图像。穆尼面孔说明了“看到”一张脸实际上需要很少的视觉信息。

电影《凶兆》的海报创作者理解这种现象（下图）。海报中的树枝、树叶和小鸟只构成了女演员桑德拉·布洛克面孔的最基本轮廓。人脑填补了空白，并从稀疏的视觉内容中构建出一张完整的面孔。

空心面具错觉

雕塑家布莱恩·帕克斯创作的这个空心面具给人一种怪异的印象，即当你四处走动时，阿尔伯特·爱因斯坦的脸似乎在跟着你（上图）。面具放置在窗户前，打开的背面朝向你，以便阳光照亮塑料面孔。虽然面具是凹面的，但你的大脑假定所有面孔都是凸面的。虽然凸面面孔只会朝一个方向看，但爱因斯坦的空心面孔似乎在观看者正前方时向前看，但在观看者侧身移动时则以一定角度观看。在另一个对这种众所周知的错觉的演示中，当一个空心面具在转盘上旋转时，它看起来会朝与转盘实际方向相反的方向转动。

罗格斯大学的视觉研究员托马斯·帕帕托马斯通过在空心面具上安装三维眼球和鼻环，创造了这个错觉的有趣变体。如下面旋转面具电影中的这三帧所示，眼球和鼻环看起来与面具的旋转方向相反（下图）。

这个错觉在2008年最佳年度错觉竞赛中获得第三名。您可以在http://illusionoftheyear.com/2008/rolling-eyes-on-a-hollow-mask观看这部电影

种族面孔错觉

在观看种族黑人（左）和白人（右）面孔的合成图时，两位心理学家注意到一个有趣的错觉，这些合成图反射的光量完全相同：白人面孔看起来更亮。范德比尔特大学的丹尼尔·T·列文与哈佛大学的马扎林·R·巴纳吉合作，提出这种扭曲的发生是因为关于面孔类别的知识会影响我们对肤色的感知。

面孔环绕

由于人脑非常擅长检测面孔，我们有时会在不存在面孔的地方看到面孔。你小时候是否曾被抽象壁纸设计中突然出现的奇怪面孔或卧室半明半暗的阴影形成的怪异面孔吓到？是否注意到汽车似乎有面孔，前灯是眼睛，格栅是嘴巴？这些效应是由于我们大脑的面孔识别回路造成的，这些回路不断试图在人群中找到一张面孔。

鬃毛的区别

展示政治家的视觉错觉风靡一时。乍一看，这看起来像是阿尔·戈尔站在比尔·克林顿身后，但请注意，戈尔实际上是克林顿的替身，只是有着戈尔华丽的头发（左）。一组面部特征（克林顿的）与另一组不同的特征（戈尔的头发）混合在一起，不容易被识别为错位。

超人依靠同样的错觉来保护他的身份：多亏了一副眼镜、一套换洗的衣服和不同的发型，大都会没有人意识到他和克拉克·肯特是同一个人（下图）。

情绪适应

凝视愤怒的脸（左）约30秒，同时在眼睛到嘴巴，到鼻子，再回到眼睛等处环顾面部。然后看中间的脸。看起来很害怕，对吧？现在看害怕的脸（右）30秒，然后再看中间的脸。这次是愤怒的！实际上，中间的脸是愤怒和害怕的脸的50-50混合体。

由安德烈·巴特勒及其在不列颠哥伦比亚大学的同事创造的这个错觉表明，我们的视觉处理系统会适应不变的面部表情，从而暂时降低对它的反应。结果，当您观看混合体时，另一种面部表情会占主导地位。这种适应发生在更高级别的大脑回路中，而不是在视网膜中，因为即使您只用一只眼睛观看左侧或右侧图像，然后用另一只（未适应的）眼睛观看中心图像，这种错觉也有效。

胖脸瘦脸错觉

发现撒切尔错觉的汤普森后来发现了一种新现象，他称之为“胖脸瘦脸错觉”。在这个效果的例子中，照片是相同的，但是倒立的面孔看起来比正立的版本明显更苗条。

一种可能的解释是，当以正常的正立位置观看时，大脑更容易识别独特的面部特征，例如圆脸颊。但这并不能解释为什么瘦脸倒立时不会显得更胖，甚至更瘦。

这个错觉作为2010年最佳年度错觉竞赛的前10名入围者而参加了比赛。

关注面孔

面部表情在我们日常的社交互动中起着关键作用。即使在看电影或照片时，我们也会将大部分时间花在观看他们描绘的面孔上。然而，我们对人脸的强烈关注是以牺牲其他潜在的有趣信息为代价的。快速看一下这位妇女和孩子。他们微笑的面孔表明他们玩得很开心。但仅此而已吗？仔细观察，您可能会注意到女孩的右手多了一个手指：这是您最初可能错过的东西，因为您的注意力集中在面孔上。