神經科學的一個事實是，我們體驗到的一切實際上都是我們想象的產物。雖然我們的感覺感覺準確和真實，但它們不一定再現外部世界的物理現實。當然，日常生活中的許多體驗都反映了進入大腦的物理刺激。但是，解釋實際感官輸入的神經機制也負責我們的夢境、錯覺和記憶失靈。換句話說，真實和想象的事物在大腦中共享一個物理來源。因此，從蘇格拉底那裡吸取一個教訓：“我所知道的就是我一無所知。”
神經科學家用來理解大腦如何創造現實感的最重要工具之一是錯覺。從歷史上看，藝術家和魔術師都利用錯覺來深入瞭解視覺系統的內部運作。早在科學家研究神經元的特性之前，藝術家們就設計了一系列技巧來“欺騙”大腦，使其認為一塊扁平的畫布是三維的，或者一系列筆觸實際上是靜物。應用於建築，他們的作品繼續令人驚歎。
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視覺錯覺被定義為物理現實與對物體或事件的主觀感知之間的分離。當我們體驗到這樣的錯覺時，我們可能會看到不存在的東西，或者看不到存在的東西，甚至看到與實際存在的東西不同的東西。由於感知與現實之間的這種脫節，這些光學技巧證明了大腦可能無法重建物理世界的方式。透過研究這些失敗，我們可以瞭解大腦用來構建視覺體驗的計算方法。
你撒謊的眼睛
視覺藝術家經常試圖密切模仿現實。現實主義畫家透過直觀地運用透視、色彩、光線和陰影來傳達現實、體積或距離的錯覺。當他們成功時，創造出來的作品有時很難與模型區分開來。老普林尼在他的《博物志》中敘述了古希臘兩位著名畫家之間的傳奇比賽：宙克西斯和帕拉西奧斯。兩位藝術家都帶著一幅覆蓋著的畫作參加比賽。宙克西斯揭開了他的作品：他畫的葡萄非常逼真，以至於鳥兒從天而降啄食它們。宙克西斯確信自己獲勝，試圖揭開帕拉西奧斯的畫作，以確認他的作品的優越性。然而，他被打敗了，因為他試圖拉開的帷幕正是帕拉西奧斯的作品本身。
繪畫中的現實主義並非始於古希臘。即使是史前畫家也使用技巧使他們的作品看起來更逼真。例如，阿爾塔米拉野牛被策略性地繪製在岩石的凸起處，這增強了野獸體積的印象 (a)。
這種技巧在視錯畫中發揮到了極致。視錯畫，有時稱為幻覺主義，是一個法語術語，意思是“欺騙眼睛”。這種攝影現實主義風格最早出現在文藝復興時期，並在 17 世紀在荷蘭蓬勃發展。栩栩如生的圖片有時看起來真的要從畫框中跳出來。
羅馬聖依納爵·羅耀拉教堂的圓頂是巴洛克幻覺主義的一個偉大例子 (b)。教堂的建築師奧拉齊奧·格拉西最初計劃建造一個圓頂，但在教堂完工前去世，這筆錢被用於其他用途。三十年後，在 1685 年，耶穌會藝術家安德里亞·波佐被要求在祭壇上方的天花板上畫一個假圓頂。波佐當時已經被認為是透視藝術大師，但他取得的成果仍然令人難以置信。即使在今天，許多參觀聖依納爵教堂的遊客仍然驚訝地發現，宏偉的圓頂不是真實的，而是一種錯覺。
另一個壯觀的視錯畫幻覺是在斯帕達宮，我們在去年夏天參觀過羅馬的一座宮殿 (c)。弗朗切斯科·博羅米尼在庭院中創造了一個 37 米長畫廊的錯覺，拱廊盡頭有一個真人大小的雕塑，沐浴在日光下。畫廊實際上只有八米長，雕塑只有 60 釐米高。即使在今天，藝術家朱利安·比弗也在他的街頭藝術中創造透視錯覺。
透視問題
比薩斜塔並非以其繪畫技巧而聞名，但它提供了另一個建築學的例子，闡明瞭大腦的處理過程。在麥吉爾大學的弗雷德里克·金多姆、阿里·尤內西和埃琳娜·喬爾吉烏髮現的比薩斜塔錯覺中，同一傾斜和後退物體的兩個相同的並排影像看起來以兩個不同的角度傾斜 (d)。
比薩斜塔錯覺——在 2007 年神經關聯學會年度最佳視覺錯覺競賽中獲得一等獎——揭示了視覺系統使用透視來幫助重建 3-D 物體的方式。我們說“重建”是因為視覺系統無法直接訪問關於世界的 3-D 資訊。我們對深度的感知來自基於幾個規則的神經計算。這些規則包括透視（平行線在遠處看起來會匯聚）、立體視覺（我們的左右眼接收同一物體的水平位移影像，從而產生深度感知）、遮擋（我們附近的物體遮擋較遠處的物體）、陰影、明暗對比（物體對比度是光源位置的函式）和暈塗法（影像中焦點內和焦點外元素相互作用以及大氣透明度水平所創造的深度感）。比薩斜塔錯覺表明，大腦還使用兩個後退物體的收斂角來計算它們之間的相對角度。
當我們觀看兩個傾斜的日本漫畫女孩 (e) 時，錯覺不會發生，即使這兩個卡通影像是傾斜的。原因是卡通女孩看起來並沒有向後退入深度，因此我們的大腦不期望它們會匯聚到遠處。這種現象表明，大腦僅在特定情況下應用其深度感知工具包。
從 2-D 到 3-D
正如畫家在扁平畫布上創造深度錯覺一樣，我們的大腦根據來自我們基本上是 2-D 視網膜的資訊創造深度錯覺。視覺錯覺向我們表明，顏色、亮度和形狀不是絕對術語，而是由複雜的大腦回路積極創造的主觀、相對的體驗。這不僅適用於視覺體驗，也適用於任何感覺。無論我們體驗到“紅色”的感覺、“方形”的外觀，還是愛和恨等情感，這些都是我們大腦中神經元電活動的結果。
在電影《駭客帝國》中，墨菲斯問尼奧：“什麼是真實？你如何定義真實？如果你說的是你能感覺到的、你能聞到的、你能嚐到的和看到的，那麼真實只不過是大腦解釋的電訊號。”這部電影沒有告訴我們的是，即使尼奧從“駭客帝國”的虛假世界中覺醒到“真實世界”，他的大腦仍將繼續構建他的主觀體驗，就像我們所有人的大腦一樣，而這種體驗可能與現實相符，也可能不相符。因此，在某種程度上，我們都生活在我們大腦創造的虛幻“矩陣”中。早在《駭客帝國》之前，神經學家和諾貝爾獎獲得者約翰·埃克爾斯爵士就寫道：“我想讓你們意識到，自然界中不存在顏色，也不存在聲音——任何此類事物；沒有紋理，沒有圖案，沒有美，沒有氣味。”
或者用西班牙劇作家佩德羅·卡爾德隆·德拉·巴爾卡的語言
“人生是什麼？一場狂熱。
人生是什麼？一場幻覺，
一個影子，一個虛構，
而最大的收益微不足道；
因為人生皆是一場夢，
而夢只不過是
夢。”