神经科学的一个事实是，我们体验到的一切实际上都是我们想象的产物。虽然我们的感觉感觉准确和真实，但它们不一定能重现外部世界的物理现实。当然，日常生活中的许多体验都反映了将信号发送到大脑的物理刺激。但是，解释来自眼睛、耳朵和其他感觉器官输入的相同神经机制也负责我们的梦想、错觉和记忆失败。换句话说，真实和想象在大脑中共享一个物理来源。因此，从苏格拉底那里吸取教训：“我所知道的就是我一无所知。”
神经科学家用来理解大脑如何创造现实感的最重要工具之一是视觉错觉。从历史上看，艺术家和魔术师都使用错觉来深入了解视觉系统的内部运作。早在科学家研究神经元的特性之前，艺术家们就设计了一系列技术来欺骗大脑，使其认为平坦的画布是三维的，或者一系列笔触确实是静物。
视觉错觉的定义是物理现实与对物体或事件的主观感知之间的分离。当我们体验到视觉错觉时，我们可能会看到不存在的东西，或者看不到存在的东西。由于感知与现实之间的这种脱节，视觉错觉展示了大脑可能无法重建物理世界的方式。通过研究这些失败，我们可以了解大脑用来构建视觉体验的计算方法。
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亮度、颜色、阴影、眼球运动和其他因素会对我们“看到”的东西产生强大的影响。在本系列图像中，我们展示了几个基本类别的视觉错觉，以及它们可以教给我们关于大脑感知的知识。
亮度错觉
在这个由麻省理工学院视觉科学家爱德华·H·阿德尔森创造的错觉中，方块 a 和 b 是相同的灰色阴影。（如果您不相信，请剪下两个方块并将它们并排放置。）这种眼睛的把戏之所以发生，是因为我们的大脑不会直接感知世界上物体的真实颜色和亮度，而是将给定物体的颜色和亮度与其附近的物体进行比较。例如，当相同的灰色方块被黑色包围时，看起来会比被白色包围时更亮。
另一个例子：当您在室内照明下阅读页面上的印刷文本时，页面上白色空间反射的光量低于阳光直射下黑色字母反射的光量。然而，您的大脑并不真正在意实际的光照水平，而是将字母解释为黑色，因为无论照明条件如何，它们都比页面的其余部分更暗。换句话说，每份报纸也是一种视觉错觉！
错觉运动
一些静止的图案会产生运动的错觉感知。如果您在图形周围移动眼睛，这种令人不安的效果通常会更强。例如，在日本立命馆大学心理学教授北冈明佳创造的这种错觉中，“蛇”似乎在旋转。但除了你的眼睛之外，没有任何东西在真正移动！
如果您将目光 स्थिर地放在每条“蛇”中心的一个黑点上，运动就会减慢甚至停止。因为保持眼睛静止可以阻止错误的运动感，所以必须进行眼球运动才能看到它。视觉科学家已经表明，错觉运动会激活与真实运动激活的大脑区域相似的大脑区域。
上下文中的颜色
杜克大学的博·洛托和戴尔·珀维斯创造的这种错觉是另一个例子，说明大脑如何在不同的上下文中观察时以不同的方式感知相同的颜色。立方体顶部的中心棕色方块与立方体面向观看者的侧面的中心橙色方块颜色完全相同。后一个方块看起来是橙色的，因为光线和周围的方块使它在人眼中看起来比棕色方块更亮。
歧义图形
这束紫罗兰花包含拿破仑·波拿巴、奥地利的玛丽·路易丝和他们儿子的面孔。你能从花丛中找到它们吗？拿破仑崇拜的军队给了他“Petit Caporal”或“小伍长”的称号：他们的领导人身材矮小并没有阻止他在他的第一次战役中击败四支比他自己的军队更大的军队。多年后，当波拿巴被流放到厄尔巴岛时，他告诉他的朋友们他会带着紫罗兰花回来，因此赢得了“紫罗兰士官，春天归来的小花”的绰号。当他打破强加给他的流放回到法国时，妇女支持者聚集起来出售紫罗兰花。她们会问路人，“你喜欢紫罗兰花吗？” 回答“oui”表示该人不是同盟者；“eh bien”表示受访者坚持拿破仑的事业。拿破仑的支持者分发了这幅 1815 年雕刻的复制品。
在像这样的歧义错觉中，大脑以两种不同的方式解释同一张图片，这两种解释是互斥的。你可以看到两种可能的图像之一，但不能同时看到两者。
这些所谓的歧义图形是分离主观感知与物理世界的特别强大的工具。物理对象永远不会改变，但我们的感知会在两种（或更多）可能的解释之间交替。由于这个原因，许多实验室在寻找意识的神经相关性时都使用了歧义错觉。
形状扭曲
上面的视觉奇特现象，被称为咖啡馆墙壁错觉，是在英国布里斯托尔理查德·格雷戈里心理学实验室附近一家小餐馆的外部发现的。（这张照片是几个月前拍摄的，显示格雷戈里在咖啡馆外。）当时格雷戈里实验室的成员史蒂夫·辛普森注意到，墙壁上绿色和白色瓷砖之间的平行灌浆线似乎是倾斜的，即使瓷砖实际上是直的。
科学家们使用简化版的黑白咖啡馆墙壁错觉（上图，中心）来演示物体或图案如何呈现出与其真实物理形状不同的形状。只有当对比鲜明的黑色和白色“瓷砖”错开，并且每块瓷砖都由灰色“灌浆”边框包围时，这种错觉才有效。由于大脑中不同类型的神经元对瓷砖的深浅阴影做出反应，因此灌浆在某些地方显得较暗，而在另一些地方显得较亮——大脑将这种对比解释为倾斜的线条。
与亮度和颜色错觉一样，形状扭曲效应是由物体的实际形状与附近图形的形状之间的相互作用产生的。对于大脑来说，感知通常非常依赖于上下文。
在北冈创造的另一个错觉中，一块黑白瓷砖“地板”的圆形部分似乎向观看者凸出，即使图像中除了完美的正方形之外什么都没有——而且所有的地板“瓷砖”大小都相等（上图，右）。与咖啡馆墙壁一样，这种几何错觉是形状扭曲的一个例子。较小的、对比鲜明的正方形提供了欺骗大脑的上下文。
3D 错觉
视觉艺术家经常试图密切模仿现实。画家通过直观地使用透视、颜色、光线和阴影来传达现实、体积或距离的错觉。当他们成功时，有时很难将艺术品与主题本身区分开来。
老普林尼在他的《博物志》百科全书中讲述了古希腊两位著名画家泽西斯和帕拉西乌斯之间的传奇比赛。每位艺术家都带来了一幅覆盖着的画作参加比赛。泽西斯揭开了他的作品：他画的葡萄非常逼真，以至于鸟儿从天而降啄食它们。泽西斯确信自己会获胜，于是试图揭开帕拉西乌斯的画作，以确认他的作品的优越性。然而，他被打败了，因为他试图拉开的窗帘正是帕拉西乌斯自己的画作。
这种技巧在 trompe l'oeil 中被发挥到了极致，这是一个法语术语，意思是“欺骗眼睛”。这种摄影现实主义风格最早出现在文艺复兴时期，并在 17 世纪在荷兰蓬勃发展。栩栩如生的图片有时似乎真的从画框中跳出来。在科内利乌斯·N·吉斯布雷希茨 17 世纪的作品《画家的属性》中，一幅画作似乎从画家的画架上卷了下来（上图，左）。
罗马圣依纳爵堂的圆顶（上图，右）是巴洛克错觉主义的一个很好的例子。教堂的建筑师奥拉齐奥·格拉西最初计划建造一个圆顶，但在教堂完工前去世，这笔钱被用于其他用途。三十年后，在 1685 年，耶稣会艺术家安德烈亚·波佐被要求在祭坛上方的天花板上画一个假圆顶。虽然波佐当时已经被认为是透视艺术大师，但他取得的成果简直令人难以置信。即使在今天，许多教堂参观者仍然惊讶地发现，壮观的圆顶不是真实的，而是一种错觉。
建筑师很快意识到，他们可以通过扭曲透视和深度线索来操纵现实，从而创造出违背感知的错觉结构。需要在小空间里有一个大房间？没问题。弗朗切斯科·博罗米尼在罗马的斯帕达宫（下图，右）就做到了这一点。博罗米尼创造了壮观的 trompe l'oeil 错觉，在一个 28 英尺长的空间里营造出一条 121 英尺长的庭院画廊。拱道的尽头甚至还有一个真人大小的雕塑。其实不是。雕塑看起来像真人大小，但实际上只有两英尺高。