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，我们可以轻松地在数十甚至数百张陌生的面孔中找到朋友的脸。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。即使在与某人通信或电话交谈很长时间后，当我们亲自见到他或她并能够“人如其名”时，通常也会感到欣慰。
负责我们精细“面孔感知”的神经元位于大脑中称为梭状回的区域。该脑区的创伤或损伤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。但即使是我们这些具有正常面孔识别技能的人，也会受到面孔感知中的许多幻觉和偏见的影响。
愤怒博士和冷静先生
麻省理工学院视觉科学家奥德·奥利瓦和格拉斯哥大学研究员菲利普·G·斯金斯通过制作两张图像的混合体创造了这种幻觉。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，如果您远离此页面，您会发现外表可能具有欺骗性。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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远处，精细的细节变得模糊，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，图像再次由其精细细节主导，这被称为高空间频率。这种幻觉之所以奏效，是因为左侧的脸是由高空间频率的愤怒脸和低空间频率的平静脸组成的。右边的脸正好相反：低空间频率的愤怒脸和高空间频率的平静脸。当图像模糊（通过走远）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）也许是史上最著名的艺术之谜。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，是因为大脑使用不同的视觉过程来感知我们视野中心与外围的信息。
直接看着蒙娜丽莎的嘴唇，你会注意到她的微笑非常微妙，几乎消失了。现在看着她的眼睛或头发分缝处，同时注意她的嘴巴。她的笑容现在更加灿烂了。当我们注视蒙娜丽莎的脸庞时，我们眼睛的移动使她的微笑生动起来，随着我们对它的感知发生变化而闪烁不定。
视野的中心和外围对感知有这种不同的影响，因为我们视觉中心的神经元看到的世界很小一部分，为我们提供高分辨率的视觉。相反，外围的神经元看到更大的视觉场景，因此分辨率较低。
这就是观看蒙娜丽莎时眼睛中发生的情况：眼睛将绘画反射的光线聚焦到视网膜上，上下颠倒且向后（上图）。视网膜内的相邻光感受器被绘画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野外围变得模糊这一事实来解释，因此她的微笑只有在模糊时才能看到。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间面板（远和近视觉外围），但在右侧面板（注视中心）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被调整到不同的空间频率这一事实来解释。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上，每个都具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·达利也尝试在单张图像中结合高空间频率和低空间频率内容（右图）。这幅画的标题说明了一切：《加拉凝视地中海，二十米处变成亚伯拉罕·林肯的肖像》（《向罗斯科致敬》）。当您从远处观看绘画或眯起眼睛时，绘画的精细细节（例如彩色方块的边缘）会变得模糊——然后您可以看到构成林肯面孔的低空间频率形状和阴影。
性别幻觉
这种幻觉由心理学家理查德·罗素创造，在 2009 年年度最佳幻觉竞赛中获得三等奖。并排的面孔被认为是女性（左图）和男性（右图）。然而，两者都是同一个雌雄同体面孔的版本（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之间的对比度高于右侧面孔。
这种幻觉表明，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眼睛和嘴唇的颜色：化妆后的脸比素颜看起来更女性化。
猫科动物面孔 猫女（右图）由奥德·奥利瓦在麻省理工学院实验室创建，是女性（左图）和猫的混合图像。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、毛发纹理和其他细节。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；这种幻觉只有通过组合两张空间细节不同的图像——一张精细，一张粗糙——才能奏效。
玛格丽特·撒切尔幻觉
英国约克大学的视觉科学家彼得·汤普森的这种幻觉对于我们理解面孔感知至关重要。当 1980 年发现这种幻觉时，科学家们已经知道面孔倒过来很难识别。但当时的假设是，由于大脑总是看到面孔是正立的，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·撒切尔幻觉进一步表明，大脑不仅仅是处理和存储整个面孔的表示；而是识别诸如嘴巴和眼睛等单个面部特征的表示。
顶行和底行的撒切尔图像彼此相同，但垂直翻转。顶行看起来像是两个倒立的撒切尔，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），而右列显示的是撒切尔的弗兰肯斯坦式合成图，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立的，因此完全错误，尽管整个面孔是正立的。哈佛大学神经科学家温里奇·弗赖瓦尔德、多丽丝·曹和利文斯通现在已经在大脑中发现了对特定面部特征（如嘴巴和眼睛）做出反应的神经元，证实了从几十年前的这种幻觉中做出的预测。
托尼·布莱尔幻觉
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 年创造了这种幻觉，以庆祝撒切尔幻觉 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，那么它们也应该对其他进化上稳定的面孔方面具有选择性。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能在正对比度下看到面孔，因此可以推断，如果以负片显示，则对单个面部特征的感知应该会失败。与撒切尔幻觉一样，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。在负片面孔上叠加嘴巴和眼睛的正片图像看起来也不特别怪异（右上）。但是，布莱尔的正片图像与负片的嘴巴和眼睛（右下）一样可怕，就像正立的撒切尔中倒立的嘴巴和眼睛一样。
穆尼面孔
我们的神经系统被硬连接以快速有效地检测和处理面孔，即使细节很少。诸如上面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、树叶和鸟类仅构成女演员桑德拉·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。
咖啡面孔
我们的面孔检测神经机制可能会过载。这张图像中隐藏着一张男人的脸。但在我们透露其位置之前，先环顾四周，看看您是否可以自己找到它。这很难！不要太快放弃：第一次看时，找到这张脸可能需要几分钟。但是一旦你看到它，你将在随后的每次搜索中立即找到它。放弃了吗？它位于左下象限，靠近底部边缘，大约在图像左侧三分之一的位置。
空心面具幻觉
这个由雕塑家布莱恩·帕克斯创作的空心面具给人一种怪异的印象，即阿尔伯特·爱因斯坦的脸在你绕房间走动时会跟着你（下图）。面具放置在窗户前，其敞开的背面朝向您，以便阳光照射到塑料脸上。尽管面具是凹面的，但您的大脑假定所有面孔都是凸面的。凸面脸只会朝一个方向看，而爱因斯坦的空心脸在观看者正对着它时似乎向前看，而在观看者侧向移动时则呈一定角度。在这个著名的幻觉的另一个演示中，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，创造了这种幻觉的一个有趣的变体。正如旋转面具电影中的这三帧所示，眼球和鼻环似乎朝与面具旋转方向相反的方向旋转（上图）。这种幻觉在 2008 年年度最佳幻觉竞赛中获得三等奖。您可以在 http://illusioncontest.neuralcorrelate.com/2008/rolling-eyes-on-a-hollow-mask 上观看这部电影。
面孔环绕
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它们。你小时候是否曾被从抽象壁纸设计中弹出或由卧室半明半暗的阴影形成的奇怪面孔吓到？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。这些回路非常强大，以至于我们在旧电话、保龄球、被绳子隔开的房间、USB 驱动器、水龙头和原木中都看到了面孔（从左上角开始）。
发型的差异
展示政治家的视觉幻觉风靡一时。乍一看，它看起来像是艾尔·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二重身，只是有着戈尔华丽的头发（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。
超人依靠同样的幻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
注视愤怒的脸（左图）约 30 秒，同时在脸上从眼睛到嘴巴，到鼻子，再回到眼睛等等地环顾四周。然后看中间的脸。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。这次是愤怒的！实际上，中间的脸是愤怒和害怕的脸的 50-50 混合。
这种幻觉由不列颠哥伦比亚大学的安德里亚·巴特勒及其同事创建，表明我们的视觉处理系统通过暂时降低对它的反应来适应不变的面部表情。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，因为即使您仅用一只眼睛查看左侧或右侧图像，然后再用另一只（未适应的）眼睛查看中间图像，这种幻觉仍然有效。
种族面孔幻觉
在观看种族黑人（左图）和白人（右图）面孔的合成图时，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幻觉：白人面孔显得更亮。巴纳吉和范德比尔特大学的丹尼尔·T·莱文提出，这种扭曲之所以发生，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。
胖脸变瘦幻觉
发现撒切尔幻觉的彼得·汤普森现在又发现了一种新的幻觉，他称之为“胖脸变瘦幻觉”。在这个幻觉的例子中，照片是相同的，但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，大脑更容易识别出独特的面部特征，例如圆胖的脸颊。但这并不能解释为什么当倒立观看时，瘦脸看起来不会更胖——或者更瘦。
关注面孔
面部表情在我们的日常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。他们微笑的脸庞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：这可能是您最初错过的，因为您的注意力集中在面孔上。