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，我们很容易在几十甚至数百张陌生的面孔中找到朋友的面孔。我们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。即使在与某人通信或电话交谈很长时间之后，当我们亲自见到他或她，并且能够“对上号”时，我们常常会感到宽慰。
负责我们精细“面孔感”的神经元位于一个叫做梭状回的脑区。这个脑区的创伤或病变会导致一种罕见的神经系统疾病，称为面容失认症，或脸盲症。面容失认症患者无法识别名人、近亲，甚至镜子中的自己。但即使是我们这些面孔识别能力正常的人，在面孔感知方面也会受到许多错觉和偏见的影响。
愤怒博士和冷静先生
麻省理工学院的视觉科学家奥德·奥利瓦和格拉斯哥大学的研究员菲利普·G·斯金斯通过制作两张图像的混合体创造了这个错觉。左边的图片显示的是愤怒博士，右边的图片是冷静先生。但是，如果你从这一页走开，你就会发现外表可能是具有欺骗性的。和蔼的冷静先生变成了愤怒博士，而讨厌的愤怒博士最终却变成了一个相当不错的人。
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精细的细节在远处变得模糊，只留下图像的整体形状和阴影：视觉科学家称之为图像的低空间频率内容。当您靠近时，图像再次被其精细细节所支配，这些细节被称为高空间频率。这种错觉之所以有效，是因为左侧的面孔是由高空间频率的愤怒面孔与低空间频率的平静面孔组合而成。右侧的面孔正好相反：低空间频率的愤怒面孔与高空间频率的平静面孔。当图像模糊（通过走开）时，混合体的不同层就会显现出来。
“蒙娜丽莎”的微笑
蒙娜丽莎迷人的微笑（左图）可能是艺术史上最著名的谜团。哈佛医学院的神经生物学家玛格丽特·利文斯通表明，蒙娜丽莎的微笑之所以时隐时现，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，你会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。她的微笑现在更加灿烂了。当我们的目光在蒙娜丽莎的脸上游移时，我们眼睛的移动使她的微笑生动起来，随着我们对她的感知的变化而闪烁不定。
视觉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世界部分非常小，这给了我们高分辨率的视觉。相反，外围的神经元看到的视觉场景的片段要大得多，因此分辨率较低。
这就是观看蒙娜丽莎时眼睛里发生的事情：眼睛将从画作反射的光线聚焦到视网膜上，上下颠倒且前后相反（上图）。视网膜内相邻的光感受器被从画作反射的相邻光点激活。
感知的达芬奇密码
蒙娜丽莎的微笑可以用图像在我们视觉外围是模糊的事实来解释，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、近外围和我们注视的中心（上图，从左到右）看到蒙娜丽莎的微笑，从而解开了这个谜团。该模拟是在 Adobe Photoshop 中完成的，方法是简单地模糊和去模糊绘画，以模拟从视觉中心到远外围的分辨率变化。微笑出现在左侧和中央面板（远和近视觉外围），但在右侧面板（注视中心）中消失了。这种效果类似于愤怒博士和冷静先生的混合图像，同样可以用不同的视网膜神经元对不同的空间频率进行调谐来解释。从某种意义上说，列奥纳多·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·达利也尝试将高空间频率和低空间频率内容结合在一张图像中（右图）。这幅画的标题说明了一切：《加拉凝视地中海，二十米外变成亚伯拉罕·林肯的肖像》（致敬罗斯科）。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——然后您就可以看到构成林肯面孔的低空间频率形状和阴影。
性别的错觉
这个由心理学家理查德·罗素创造的错觉，在 2009 年年度最佳错觉比赛中获得了三等奖。并排的面孔被认为是女性（左图）和男性（右图）。然而，两者都是同一个人雌雄同体的面孔的版本（参见 http://illusioncontest.neuralcorrelate.com/2009/the-illusion-of-sex）。这两张图像是相同的，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。
这种错觉表明，对比度是确定面孔性别的重要的线索，低对比度的面孔显得男性化，而高对比度的面孔显得女性化。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唇的颜色：化妆后的脸比素颜更女性化。
猫科动物的脸 猫女（右图），在奥德·奥利瓦的麻省理工学院实验室创作，是一位女性（左图）和一只猫的混合图像。在近距离观察时，猫女有一张猫的脸。但在远处，粗糙的特征掩盖了胡须、毛皮纹理和其他细节。简单地将透明的猫脸叠加在女人的脸上不会产生同样的效果；这种错觉只有通过结合两张空间细节不同的图像才能奏效——一张精细，一张粗糙。
玛格丽特·撒切尔错觉
英国约克大学的视觉科学家彼得·汤普森的这个错觉对于我们理解面孔感知至关重要。当 1980 年发现这个错觉时，科学家们已经知道，倒置的面孔很难识别。但当时的假设是，由于大脑总是看到正立的面孔，因此面孔识别细胞针对正立的面孔进行了优化。这种假设部分是正确的，但玛格丽特·撒切尔错觉进一步表明，大脑不仅仅处理和存储整个面孔的表征；而是识别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置的撒切尔，这没问题。但底行看起来像左边的撒切尔和一个可怕的变种人在右边。原因是，左列描绘的是正常的面孔（尽管上面的面孔是倒置的），而右列显示的是撒切尔的弗兰肯斯坦式合成物，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（尽管整个面孔是倒置的），因此你的面孔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）。
相反，右下角的图像令人毛骨悚然，因为眼睛和嘴巴是倒置的，因此都是错误的，尽管整个面孔是正立的。哈佛大学的神经科学家温里奇·弗赖瓦尔德、多丽丝·曹和利文斯通现在在大脑中发现了对嘴巴和眼睛等特定面部特征做出反应的神经元，这证实了从几十年前的这种错觉中做出的预测。
托尼·布莱尔错觉
加州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，如果面孔检测神经元更喜欢正立的面部特征，那么它们也应该对脸部的其他进化稳定的方面具有选择性。他通过比较托尼·布莱尔的正片和负片图像来测试这个想法。因为我们进化为只能看到正对比度的面孔，所以如果以负片显示，那么对单个面部特征的感知应该会失败。与撒切尔错觉一样，以负片显示整个面孔（左上）使其不如正常面孔（左下）容易识别。在负片面孔上覆盖嘴巴和眼睛的正片图像看起来也不特别怪异（右上）。但是，布莱尔的正片图像加上负片的嘴巴和眼睛（右下）与正立的撒切尔中倒置的嘴巴和眼睛一样可怕。
穆尼面孔
我们的神经系统被硬连线，即使在细节稀少的情况下，也能快速有效地检测和处理面孔。诸如上面所示的图片通常被称为穆尼面孔，这是以认知心理学家克雷格·穆尼的名字命名的，他在他的感知研究中使用了类似的图像。穆尼面孔说明了“看到”一张脸实际上只需要多少视觉信息。
为电影《先知》创作电影海报的艺术家理解这种现象（对面页，底部）。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。我们的大脑填补了空白，并从稀疏的视觉内容中构建出一张完整的面孔。
咖啡脸
我们的面孔检测神经机制可能会过载。这张图片中隐藏着一张男人的脸。但在我们泄露它的位置之前，先四处看看，看看你是否能自己找到它。这很难！不要太快放弃：第一次看的时候，找到这张脸可能需要几分钟。但是一旦你看到它，你就会在随后的每一次搜索中立即找到它。放弃了吗？它在左下象限，靠近底部边缘，大约在图像左侧三分之一的位置。
空心面具错觉
雕塑家布赖恩·帕克斯创作的这个空心面具给人一种怪异的印象，即阿尔伯特·爱因斯坦的脸正在你绕房间移动时跟着你（下图）。面具放置在窗户前，其敞开的背面朝向您，以便阳光照射塑料面孔。虽然面具是凹面的，但您的大脑会假设所有面孔都是凸面的。虽然凸面只会朝一个方向看，但当观看者正对着前方时，爱因斯坦的空心面似乎向前看，但当观看者侧身移动时，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，当空心面具在转盘上旋转时，它似乎与转盘的实际方向相反地转动。
罗格斯大学的视觉研究员托马斯·帕帕托马斯通过将三维眼球和鼻环连接到空心面具上，创造了这种错觉的一个有趣的变体。正如旋转面具的电影中的这三帧所示，眼球和鼻环似乎以与面具相反的方向旋转（上图）。这个错觉在 2008 年年度最佳错觉比赛中获得了三等奖。您可以在 http://illusioncontest.neuralcorrelate.com/2008/rolling-eyes-on-a-hollow-mask 观看这部电影。
被面孔包围
因为我们的大脑非常擅长检测面孔，所以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光线下形成的阴影吓到？有没有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。这些回路非常强大，以至于我们在旧电话、保龄球、绳索隔开的房间、USB 驱动器、水龙头和原木中看到了面孔（从左上角开始）。
鬃毛的区别
展示政治家的视觉错觉风靡一时。乍一看，它看起来像是阿尔·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，只是头发是戈尔华丽的头发（左图）。一组面部特征（克林顿的）与另一组特征（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自己的身份：多亏了一副眼镜、一套衣服和不同的发型，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（左图）约 30 秒，同时从眼睛到嘴巴，到鼻子，再回到眼睛，等等，环顾面部。然后看着中间的脸。它看起来很害怕，对吧？现在看着害怕的脸（右图）30 秒，然后再看中间的脸。这次它很生气！实际上，中间的脸是愤怒和恐惧的脸的 50-50 混合。
不列颠哥伦比亚大学的安德里亚·巴特勒及其同事创造的这种错觉表明，我们的视觉处理系统通过暂时降低对不变的面部表情的反应来适应它。因此，当您查看混合体时，另一种面部表情占主导地位。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）眼睛观看中央图像，这种错觉也有效。
种族面孔错觉
在观看种族为黑人（左图）和白人（右图）的面孔的合成图像时，这些面孔反射的光量完全相同，哈佛大学的心理学家马扎林·R·巴纳吉注意到一个有趣的错觉：白人的面孔看起来更亮。范德比尔特大学的巴纳吉和丹尼尔·T·莱文提出，这种扭曲的发生是因为关于肤色的抽象社会期望影响了我们对人脸的感知。
胖脸变瘦错觉
发现撒切尔错觉的彼得·汤普森现在又发现了一种新的错觉，他称之为“胖脸变瘦错觉”。在这个错觉的例子中，照片是相同的，但倒置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，例如圆胖的脸颊。但这并不能解释为什么当倒置观看时，瘦脸看起来不会更胖——或更瘦。
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。即使在看电影或看照片时，我们大部分时间都在看他们描绘的面孔。然而，我们对面孔的高度关注是以牺牲其他可能有趣的信息为代价的。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上多了一个手指：您可能一开始就错过了这一点，因为您的注意力集中在面孔上。