西班牙畫家埃爾·格雷考經常在他的作品中描繪拉長的人像和物體。一些藝術史學家認為他可能患有散光——也就是說，他的眼睛的角膜或晶狀體可能水平方向比垂直方向更彎曲，導致視網膜後部的影像在垂直方向上被拉伸。但當然這種想法是荒謬的。如果這是真的，那麼我們都應該把世界倒過來畫，因為視網膜影像是倒過來的！（晶狀體翻轉入射影像，大腦將視網膜上的影像解釋為正立的。）這種謬誤源於錯誤的推理，即我們真的“看到”視網膜上的影像，好像我們用某種內在的眼睛掃描它一樣。
並不存在這種內在的眼睛。相反，我們需要考慮無數的視覺機制，這些機制並行地從影像中提取資訊，並分階段處理資訊，然後它們的活動最終形成知覺體驗。與往常一樣，我們將使用一些引人注目的錯覺來幫助闡明大腦在這一處理過程中的運作方式。
憤怒與平靜
比較圖 a 中顯示的這兩張面孔。如果你將頁面保持在離眼睛約 9 到 12 英寸的位置，你會看到右邊的面孔皺著眉頭，而左邊的面孔表情平靜。
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但是，如果你移動圖片，使其距離約六到八英尺遠，表情就會改變。左邊的現在笑了，右邊的看起來平靜。
這種轉變是如何可能的？這似乎幾乎是神奇的。為了幫助你理解它，我們需要解釋格拉斯哥大學的菲利普·G·辛斯和麻省理工學院的奧德·奧利瓦是如何構建這些影像的。
正常的肖像（照片或繪畫）包含神經科學家（例如我們自己）所說的“空間頻率”的變化。我們將討論兩種型別的空間頻率：第一種是“高”——圖片中存在清晰、精細的線條或細節。第二種是“低”——由模糊的邊緣或大型物體傳達。（事實上，大多數影像都包含從高到低的頻率頻譜，比例和對比度各不相同，但這對於本專欄的目的來說並不重要。）
使用計算機演算法，我們可以處理正常的肖像，以去除高空間頻率或低空間頻率。例如，如果我們去除高頻率，我們得到一個模糊的影像，據說它包含“傅立葉空間中的低空間頻率”。（這種數學描述在這裡不必進一步關注。）換句話說，這種模糊過程稱為低通濾波，因為它濾除高空間頻率（清晰的邊緣或精細的線條），只讓低頻率透過。高通濾波，相反的過程，保留清晰的邊緣和輪廓，但去除大尺度的變化。結果看起來有點像沒有陰影的輪廓圖。
這些型別的計算機處理影像以非典型的方式組合在一起，以建立圖 a 中顯示的神秘面孔。研究人員從三張面孔的正常照片開始：一張平靜的，一張憤怒的和一張微笑的。他們過濾每張面孔以獲得高通（包含清晰、精細的線條）和低通（模糊，以便捕捉大尺度亮度變化）影像。然後，他們將高通平靜的面孔與低通微笑的面孔組合起來，得到左邊的影像。對於右邊的影像，他們將高通皺眉的面孔與低通平靜的面孔疊加在一起。
當近距離觀看這些圖形時會發生什麼？為什麼當你將頁面移開時，表情會改變？為了回答這些問題，我們需要告訴你更多關於視覺處理的兩件事。首先，影像需要靠近才能看到清晰的特徵。其次，清晰的特徵在可見時會“掩蓋”——或將注意力從——大尺度物體（低空間頻率）上轉移開。
因此，當你將圖片靠近時，清晰的特徵變得更加可見，掩蓋了粗糙的特徵。結果，右邊的面孔看起來像在皺眉，而左邊的面孔看起來像在放鬆。你根本沒有注意到低空間頻率傳達的相反情緒。然後，當你將頁面移得更遠時，你的視覺系統不再能夠分辨精細的細節。因此，這些精細特徵所傳達的表情消失了，而低頻率所傳達的表情則被解除掩蓋並被感知到。
該實驗生動地展示了最初由劍橋大學的弗格斯·坎貝爾和約翰·羅布森提出的一個想法：來自不同空間尺度的資訊由各種神經通道並行提取，這些通道具有廣泛的感受野大小。（視覺神經元的感受野是視覺場的一部分，以及相應的視網膜小區域，刺激需要呈現給該區域才能啟用它。）它還表明，這些通道並非彼此孤立地工作。相反，它們以有趣的方式相互作用（例如，小感受野拾取的清晰邊緣掩蓋了由大感受野發出訊號的模糊的大尺度變化）。
誠實的亞伯
這類實驗可以追溯到 1960 年代初期，當時在貝爾實驗室工作的萊昂·哈蒙設計了著名的亞伯拉罕·林肯效應。哈蒙透過拍攝一張普通照片並將其數字化為粗畫素（影像元素）製作了誠實的亞伯的圖片。即使近距離觀看，塊狀亮度變化中也存在足夠的資訊來識別林肯。但是，正如我們已經指出的那樣，這些資料被畫素的清晰邊緣掩蓋了。當你遠離照片或眯起眼睛時，影像會模糊，從而消除清晰的邊緣。瞧！林肯瞬間變得可識別。偉大的藝術家薩爾瓦多·達利受到了這種錯覺的充分啟發，並將其用作他繪畫的基礎，這是藝術和科學的非同尋常的並置。
神秘的《蒙娜麗莎》
最後，考慮一下列奧納多·達·芬奇的《蒙娜麗莎》神秘的微笑。專門研究美學的哲學家和藝術史學家經常將她的表情稱為“神秘的”或“難以捉摸的”，主要是因為他們不理解它。事實上，我們懷疑他們是否寧願不理解它，因為他們似乎對任何試圖科學地解釋它的嘗試感到不滿，顯然是擔心這種分析可能會減損它的美感。
但最近，哈佛醫學院的神經生物學家瑪格麗特·利文斯通做出了一個有趣的觀察；你可以說她破解了達·芬奇密碼。她注意到，當她直視蒙娜麗莎的嘴時，微笑並不明顯（相當令人失望）。然而，當她將目光從嘴上移開時，微笑出現了， beckoning 她的眼睛回到原處。再次看著嘴，她看到微笑再次消失。事實上，她指出，只有當你將目光從嘴上移開時，才能看到這種難以捉摸的微笑。你必須用眼角的餘光注意它，而不是直接盯著它看。由於嘴角獨特的陰影（低空間頻率的放置），只有當低空間頻率占主導地位時——也就是說，當你間接地觀看這幅傑作時，才能感知到微笑。
為了證實這一觀點，她對《蒙娜麗莎》進行了低通濾波和高通濾波。請注意，在低通（模糊）影像中，微笑比在原始影像中更明顯——即使你直視嘴巴也能看到。然而，在高通（輪廓狀）影像中，即使你將目光從嘴上移開，也看不到微笑。將這兩張影像放回一起，恢復了原始的傑作和微笑的難以捉摸的本質。與不斷變化的面孔一樣，我們現在可以更好地理解列奧納多似乎偶然發現並愛上的東西——一幅似乎栩栩如生的肖像，因為其轉瞬即逝的表情（歸功於我們視覺系統的怪癖）永遠在挑逗觀眾。
總的來說，這些實驗表明，感知不僅僅是眼睛所看到的。更具體地說，它們證明了來自不同尺度（例如精細與粗糙）的資訊最初可能由單獨的神經通道從影像中提取，並在處理的不同階段重新組合，從而在你的腦海中建立單個統一圖片的最終印象。