一位身材健壯的年輕人戴著面具，披著斗篷，身穿黑色氨綸緊身衣，跳上舞臺，一隻手高高舉起，用濃重的口音吼道：“我是日本蝙蝠俠！” 表演者既不是演員也不是雜技演員。他是一位名叫小野淳的數學家，來自日本的明治大學。小野在佛羅里達州那不勒斯（現稱 Artis-Naples）的愛樂藝術中心的一次單跳、正中舞臺，是 2013 年 5 月 13 日舉行的第九屆年度最佳錯覺大賽的開場表演。在活動開始的四個字後，我們就知道小野獲勝了。
除了展示新科學之外，該比賽還慶祝我們大腦美妙而錯誤的感知，即我們可以準確地看到、聞到、聽到、嚐到和觸控到我們周圍的世界。實際上，準確性並不是大腦的強項，正如每年參賽的錯覺創造者們會證明的那樣。是的，那裡有一個真實的世界，你確實感知到（一些）發生在你周圍的事件，但你從未真正生活在現實中。相反，你的大腦從你的感覺系統中收集資料片段——其中一些是相當主觀的或坦率地說是錯誤的——並構建一個世界的模擬。
這種模擬，有些人稱之為意識，變成了你生活其中的宇宙。這是你曾經感知到的唯一事物。你的大腦使用不完整且有缺陷的資訊來構建這個心理模型，並依靠古怪的神經演算法來經常——但並非總是——消除缺陷。讓我們快速瀏覽一下世界上一些頂級的錯覺及其對感知科學的貢獻。（要觀看這些錯覺的影片，請訪問 ScientificAmerican.com/may2014/illusions。）
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扭曲的翻譯
瑞士數學家萊昂哈德·尤拉的一個著名證明表明，如果你移動一個剛體，使其只有一個點保持固定，你將實現旋轉。作為思想的數學家，小野和他的同事友安朝保和杉原厚吉不需要尤拉定理來創造旋轉的錯覺。
小野、友安和杉原表明，當網格圖案在某些靜態圖形上移動時，會導致我們感知到不存在的旋轉。當網格在兩個相同的靜止風車上移動時，它們似乎朝相反方向旋轉。這種錯覺告訴我們，我們感知的運動源於物體的實際運動與其背景和前景中的上下文資訊之間的相互作用。鑑於日常物體幾乎從不在無差別的背景前移動，你可能沒有你想象的那麼正確地看到真實世界的運動。
圖西還是非圖西？問題就在於……
13 世紀波斯天文學家納西爾丁·圖西在數學上證明了齒輪等物體的圓周運動可以導致直線運動。美國大學的視覺科學家亞瑟·夏皮羅和他的學生亞歷克斯·羅斯-海尼格展示了為什麼我們有時會從旋轉中感知到直線運動。在他們獲得二等獎的錯覺中，他們利用了這樣一個事實，即我們根據物體之間的統計關係將單個移動物體分組為全域性結構。例如，一組沿直線或圓周運動的元素看起來可以像以圓形或線性方式運動，這取決於元素的相位——即每個元素開始和結束其路徑的相對時間。對線性或圓周運動的感知也可能取決於你注意什麼，並且效果也可能是違反直覺的。上面的插圖描繪了一個黑色圓圈在較大圓圈內部的不同位置環繞。藍色點位於較小的圓圈上，當圓圈移動時，它會沿著線性路徑（藍線）移動。但是，如果你專注於該點，黑色圓圈似乎會旋轉。同一圓圈上的橙色點採用圓形路線（橙色路徑）。但是，如果你放大它，圓圈的運動看起來將是線性的。
三重視覺
我們都見過可以在兩種不同方式中看到同一個物體的模稜兩可的圖形。一個例子是歷史悠久的內克爾立方體。神經科學家在實驗中使用這種視覺刺激來幫助找到大腦中負責意識感知的迴路。他們推斷，我們對模稜兩可的圖形的視角轉變是基於神經活動的變化，這些變化與投射到你視網膜上的物理影像的改變無關。因此，在這些條件下神經反應的調節可能潛在地說明了與現實脫節的感知。
澳大利亞昆士蘭大學的視覺科學家蓋伊·沃利斯和大衛·勞埃德注意到，一些模稜兩可的圖形可以以三種方式看到，正如他們不可思議的三重立方體錯覺中所展示的那樣。在這種情況下，錯覺藝術家製作了一個計算機模型，其中三個不同的物體從一個關鍵視角（右上影像）觀看時看起來完全相同。從該檢視來看，每個圖形都是模稜兩可的。大腦無法決定邊緣是指向觀看者還是遠離觀看者，因為兩種解釋都是同樣正確的。結果，大腦在解釋之間迴圈。該物件可能是兩個立方體（左上影像）、一個帶有一個立方體形狀咬痕的單個立方體（右下影像），或者是一個從下方照明的凹面（左下影像）。然後，錯覺藝術家旋轉每個物體，以顯示從其他角度觀看時，這些圖形顯然是不同的。它們中的每一個都代表了從模稜兩可的角度來看該專案的三個可能的視覺解釋之一。
彼得和一些旋鈕球的案例
THINKSTOCK
錯覺不僅僅適用於視覺系統。它們也發生在觸覺中，正如達特茅斯學院的認知神經科學家彼得·謝所注意到的那樣。在捏鉛筆後擠壓一個球，謝感到有些不對勁。你自己在家試試。準備一支鉛筆和一個小的、圓形的硬球體，例如滾珠軸承或彈珠。首先，用拇指和食指非常緊地縱向擠壓鉛筆約 60 秒，直到在皮膚上形成一個深的凹痕。現在透過在凹痕位置滾動滾珠軸承來感受它。球不再看起來是圓形的，而是感覺好像它有圓角，好像球的橫截面是六邊形的。當您擠壓鉛筆時，皮膚中的觸覺感受器陣列會呈現鉛筆的形狀。然而，大腦假設你手指的皮膚感受器片是光滑和圓形的，並且錯誤地將感知的邊緣歸因於球。
沒有煙霧或鏡子
ISTOCKPHOTO
哥斯大黎加 Sin Humo（一個意為“無煙”的治療計劃）的臨床心理學家西德尼·普拉特、瑪莎·桑切斯和卡拉·羅維拉在比賽晚會上描述了一個不尋常的前 10 名錯覺：他們透過阻擋視覺來使快樂消失。他們的想法來自於發現一種放鬆技巧，即在吸菸時閉上眼睛可以減少人們從香菸中感受到的樂趣。他們推斷，樂趣減少會導致成癮性減弱。然後，普拉特團隊想知道患者的滿足感降低是否主要來自閉上眼睛——這阻止了他們看到燃燒的香菸——而不是來自放鬆本身。
為了檢驗這個想法，他們只是在患者吸菸時矇住他們的眼睛——並發現這種操作解釋了吸菸樂趣的降低。比賽評委將此演示歸類為錯覺，因為吸菸者的感知與吸菸的生化現實不符，在生化現實中，來自香菸的樂趣量應基於輸送的尼古丁量。然而，無論是否蒙上眼睛，該量都是相同的。
鑑於這種效應，研究人員推斷，看到香菸的煙霧，以及它與過去吸菸滿意度的推定關聯，可能會增強吸菸者對尼古丁的成癮性。矇眼技術現在已成為該團隊戒菸治療計劃的基石。
舞動的鑽石
在這個由桑德蘭大學的圖形設計師邁克爾·皮卡德和謝菲爾德哈勒姆大學的心理學家亞歷山德羅·索蘭佐在英格蘭創造的令人難以置信的錯覺中，實際上沒有任何東西在移動，儘管你的大腦乞求不同意。鑽石的陰影只是在深色和淺色之間迴圈。鑽石的集合看起來作為一個整體移動，因為鑽石靜止邊緣與其內部陰影之間的不斷變化的對比度激活了大腦中的運動迴路。
更多腿移動更快？
在進行運動感知專案時，卡爾加里安布羅斯大學學院的艾倫·何注意到，當他將旋轉風扇葉片的計算機表示的葉片數量增加一倍後，其旋轉速度似乎快了兩倍。為了達到同樣的效果，卡通動畫師在快速移動的角色（如歪心狼）上繪製多條腿和腳。在他們的歪心狼錯覺中，何和加州大學聖地亞哥分校的斯圖爾特·安斯蒂斯更普遍地證明了這一原理，他們表明，即使圓圈的速度保持不變，增加圍繞較大圓圈執行的圓圈數量也會產生更快運動的感知。
視覺系統只能跟蹤緩慢、間隔較寬的光點的運動。隨著光點加速或靠得更近，它們傾向於模糊或在感知上融合。在這種情況下，何和安斯蒂斯表明，大腦使用不同的策略來計算速度。大腦不是跟蹤每個移動元素，而是計算環路周圍每個位置的刺激隨時間的變化。也就是說，它只是計算它在空間中每個點檢測到的閃爍次數。因此，將快速移動元素的數量增加一倍意味著大腦看到兩倍的閃爍次數，並得出結論速度增加了一倍。
這種錯覺具有商業和實際應用。程式設計師可以使用它來在電腦遊戲中創造快速動作的感知，廣告商可能會在他們想要觀看者感知到更快運動時在廣告牌上新增閃爍的燈光。他們的發現也對道路安全具有影響。當你在高速公路上行駛時，種植在一起的路邊樹木、柵欄杆和護欄可能會讓你認為你移動得比實際速度更快。
移動和收縮
當我們的眼睛逆著自身也在移動和改變大小的背景移動時，我們可能會完全誤判移動物體的大小。在這個由內華達大學裡諾分校的心理學家吉迪恩·卡普洛維茨和斯沃斯莫爾學院的瑞安·姆魯切克創造的錯覺中，小的、深色的移動條實際上大小保持不變，而背景中移動的淺灰色方框則增大和縮小。然而，當方框增大時，條看起來會縮小。相反，當方框縮小時，條看起來會擴大。
這種錯覺表明，大腦整合了多種視覺資訊來源來確定物體的大小，包括物體投射在視網膜上的影像大小以及其相對於場景中其他物體的大小。當物體處於運動狀態時，提取此類資訊尤其具有挑戰性，而當觀察者的眼睛也在運動時，挑戰性會加倍——而眼睛總是處於運動狀態。由於這些挑戰，任何背景元素大小的變化都會極大地影響前景中移動物體的感知大小。
誇大其詞
剛性物體——或我們期望是剛性的物體——當它們被不對稱拉伸時，看起來會旋轉。在一個戲劇性的例子中，由南密西西比大學的心理學家阿提拉·法卡斯和艾倫·哈伊納爾創造，當一個靜止的計算機生成的頭部只是被拉伸——但實際上沒有旋轉——時，它看起來會轉動。