西班牙畫家埃爾·格列柯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。但這想法肯定很荒謬。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！（晶狀體翻轉傳入的影像，大腦將視網膜上的影像解釋為正立的。）這種謬論源於錯誤的推理，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。
沒有這樣的內在眼睛存在。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，並逐階段地處理它，然後它們的活動最終在知覺體驗中達到高潮。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個處理過程中的運作方式。
[中斷] 憤怒與平靜
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比較a中顯示的兩個面孔。如果您將頁面保持在離眼睛約 9 到 12 英寸的位置，您會看到右邊的臉皺著眉頭，左邊的臉表情平靜。
但是，如果您移動圖形，使其距離眼睛約六到八英尺遠，表情就會改變。左邊的臉現在笑了，右邊的臉現在看起來很平靜。
這種轉換是如何可能的？這似乎幾乎是神奇的。為了幫助您理解它，我們需要解釋格拉斯哥大學的菲利普·G·斯欽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）所稱的“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”——透過模糊的邊緣或大型物體來傳達。（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，但這對於本文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，我們會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”。（這種數學描述不必在此處進一步關注我們。）換句話說，這種模糊過程稱為低通濾波，因為它濾除了高空間頻率（銳利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，保留了銳利的邊緣和輪廓，但去除了大尺度的變化。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，一張微笑的。他們過濾了每張臉，以獲得高通（包含銳利、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，他們將高通平靜的臉與低通微笑的臉結合起來，得到左邊的影像。對於右邊的影像，他們將高通皺眉的臉與低通平靜的臉疊加在一起。
當近距離觀看這些圖形時會發生什麼？當您將頁面移開時，為什麼表情會改變？為了回答這些問題，我們需要再告訴您兩件關於視覺處理的事情。首先，影像需要靠近才能讓您看到銳利的特徵。其次，銳利的特徵在可見時會“掩蓋”——或將注意力從——大型物體（低空間頻率）上轉移開。
因此，當您將圖片靠近時，銳利的特徵變得更加可見，掩蓋了粗糙的特徵。結果，右邊的臉看起來像是在皺眉，左邊的臉看起來像是放鬆了。您根本沒有注意到低空間頻率傳達的相反情緒。然後，當您將頁面移得更遠時，您的視覺系統不再能夠分辨出精細的細節。因此，這些精細特徵傳達的表情消失了，低頻率傳達的表情被解除掩蓋並被感知到。
該實驗生動地展示了劍橋大學的弗格斯·W·坎貝爾和約翰·羅布森最初提出的一個想法：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視網膜上與之對應的微小區域，刺激需要呈現在那裡才能啟用它。）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，小感受野拾取的銳利邊緣掩蓋了由大感受野發出訊號的模糊的大尺度變化）。
[中斷] 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）來製作了誠實的亞伯的圖片（b）。即使近距離觀看，塊狀亮度變化中也包含足夠的資訊來識別林肯。但正如我們已經指出的，這些資料被畫素的銳利邊緣所掩蓋。當您遠離照片或眯起眼睛時，影像會模糊，從而消除銳利的邊緣。瞧！林肯變得立刻可以辨認出來。偉大的藝術家薩爾瓦多·達利受到了這種錯覺的充分啟發，並將其作為其繪畫的基礎，這是藝術與科學的非同尋常的並置 (c)。
[中斷] 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。實際上，我們懷疑他們是否寧願不理解它，因為他們似乎憎恨任何科學地解釋它的嘗試，顯然是擔心這種分析可能會減損它的美感。
但是哈佛醫學院的神經生物學家瑪格麗特·利文斯通做了一個有趣的觀察；你可以說她破解了達芬奇密碼。她注意到，當她直接看著蒙娜麗莎的嘴（d，中間面板）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，召喚她的眼睛回到嘴邊。再次看著嘴，她看到微笑再次消失了。事實上，她注意到，只有當您將目光從嘴上移開時，才能看到難以捉摸的微笑。您必須關注它的眼角餘光，而不是直接注視它。由於嘴角的獨特陰影（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，當您間接觀看這幅傑作時，才能感知到微笑。
為了證實這個概念，她對蒙娜麗莎進行了低通濾波（左側面板）和高通濾波（右側面板）。請注意，在低通（模糊）影像中，微笑比原始影像更明顯——即使您直接看著嘴也能看到它。然而，在高通（輪廓狀）影像中，即使您將目光從嘴上移開，也看不到微笑。將這兩張影像重新組合在一起，恢復了原始的傑作和微笑的難以捉摸的性質。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）永遠在挑逗著觀看者。
總的來說，這些實驗表明，知覺不僅僅是眼睛所看到的。更具體地說，它們表明，不同尺度上的資訊，例如精細與粗糙，最初可能由單獨的神經通道提取，並在處理的不同階段重新組合，以在您的腦海中建立對單個統一圖片的最終印象。