聚光燈照在魔術師的助手身上。這位身穿白色緊身連衣裙的女子是舞臺上散發出的美麗燈塔，光芒四射，照耀著觀眾。偉大的湯姆索尼宣佈他要將她的裙子從白色變成紅色。觀眾們坐在座位邊緣，努力將目光集中在這位女子身上，將她的形象深深地烙印在視網膜中。湯姆索尼拍了拍手，聚光燈略微變暗，然後又以紅色的光芒重新燃起。這位女子沐浴在一片紅色的光芒中。
哇，等一下！用聚光燈切換顏色與觀眾的預期不太一樣。魔術師站在舞臺邊，為他的小玩笑感到滿意。是的，他承認，這是一個廉價的把戲；他最喜歡的那種，他狡猾地解釋道。但你不得不承認，他確實把她的裙子變成了紅色——連同她身上的其他部分。請大家縱容他，再次將注意力集中在他美麗的助手身上，因為他要再次開啟燈光進行下一個魔術。他拍了拍手，燈光再次變暗；然後舞臺爆發出一片超新星般的白色。但是等等！她的裙子真的變成紅色了。偉大的湯姆索尼又一次成功了！
約翰·湯普森（又名偉大的湯姆索尼）的這個魔術及其解釋揭示了對觀眾大腦中發生的神經過程的深刻直觀理解——這種理解我們可以神經科學家可以為自己的科學利益所用。以下是魔術的運作方式。當湯普森介紹他的助手時，她緊身的白色連衣裙不言而喻地誘使觀眾假設沒有任何東西——當然不可能有另一件連衣裙——會藏在白色連衣裙下面。當然，這種合理的假設是錯誤的。這位穿著緊身連衣裙的迷人女子也有助於將人們的注意力集中在湯普森想要的地方——女子的身體上。他們盯著她看得越久，就越少注意到地板上隱藏的裝置，他們的視網膜神經元就越能適應光線的亮度和他們感知的顏色。
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在湯普森在“玩笑”之後滔滔不絕地說話時，每位觀眾的視覺系統都在經歷一個稱為神經適應的大腦過程。神經系統對恆定刺激的反應能力（以相關神經元的放電率衡量）會隨著時間的推移而降低。這就像神經元主動忽略恆定刺激，以便節省力量來發出刺激正在變化的訊號。當恆定刺激被關閉時，適應後的神經元會發出“反彈”反應，稱為後放電。
在這種情況下，適應性刺激是紅色燈光照射的連衣裙，湯普森知道觀眾的視網膜神經元在燈光變暗後會在一瞬間反彈。觀眾將繼續看到以該女子形狀出現的紅色後像。在那短暫的瞬間，舞臺上的一個活板門短暫開啟，白色連衣裙僅用尼龍搭扣輕輕固定，並連線到通往舞臺下方的隱形電纜，從她身上被扯掉。然後燈光再次亮起。
還有兩個因素有助於魔術成功。首先，就在連衣裙脫落之前，燈光非常明亮，以至於當燈光變暗時，觀眾無法看到電纜和白色連衣裙快速移動並消失在舞臺下方的景象。當您從陽光明媚的街道走進光線昏暗的商店時，也會發生同樣的暫時性失明。其次，湯普森在觀眾認為魔術已經結束之後才表演真正的魔術。這為他贏得了一個重要的認知優勢——觀眾在關鍵時刻並沒有尋找魔術，因此他們稍微放鬆了警惕。
神經魔術的新科學
湯普森的魔術很好地說明了舞臺魔術的本質。魔術師首先是注意力和意識的藝術家。他們操縱人類注意力的焦點和強度，在任何給定的瞬間控制我們意識到什麼和沒有意識到什麼。他們在一定程度上透過運用令人眼花繚亂的視覺錯覺（例如後像）、光學錯覺（煙霧和鏡子）、特效（爆炸、假槍聲、精確控制的燈光）、手法、秘密裝置和機械裝置（“噱頭”）來實現這一點。
但他們百寶箱中最通用的工具可能是創造認知錯覺的能力。與視覺錯覺一樣，認知錯覺也掩蓋了對物理現實的感知。然而，與視覺錯覺不同，認知錯覺本質上不是感覺性的。相反，它們涉及諸如注意力、記憶和因果推理等高層次功能。憑藉所有這些工具，經驗豐富的魔術師幾乎不可能追蹤實際發生的物理過程——給人留下唯一的解釋就是魔術的印象。
神經科學家才剛剛開始趕上魔術師在操縱注意力和認知方面的能力。當然，神經科學的目標與魔術的目標不同；神經科學家尋求瞭解認知功能的大腦和神經元基礎，而魔術師主要想利用認知弱點。然而，魔術師在數百年的舞臺魔術中發展出的技巧也可能成為神經科學家手中的微妙而強大的探針，補充甚至可能擴充套件已經在實驗中使用的儀器。
神經科學正透過對魔術本身進行科學研究來熟悉魔術的方法——在某些情況下，首次展示了某些方法在大腦中的運作方式。迄今為止進行的許多魔術研究證實了早期實驗心理學工作中已知的關於認知和注意力的知識。憤世嫉俗者可能會不屑一顧地駁斥這些努力：為什麼還要做另一項只是證實已經眾所周知的知識的研究？但這種批評忽略了研究的重要性和目的。透過研究魔術技巧，神經科學家可以熟悉他們可以用於自己目的的方法。事實上，我們認為，如果研究人員早些時候探究魔術師的直覺，認知神經科學可能會發展得更快。即使在今天，魔術師可能仍然有一些神經科學家尚未採用的絕招。
透過應用魔術工具，神經科學家可以希望學習如何設計更可靠的實驗，並創造更有效的認知和視覺錯覺，以探索注意力和意識的神經基礎。這些技術不僅可以使對聰明且高度專注的受試者進行認知實驗研究成為可能；它們還可以為患有特定認知缺陷（例如腦外傷、多動症（注意力缺陷多動障礙）、阿爾茨海默病等引起的注意力缺陷）的患者帶來診斷和治療方法。魔術方法也可能用於“欺騙”患者專注於治療的最重要部分，同時抑制引起混亂和迷失方向的干擾。
魔術師使用通用術語“誤導”來指代將觀眾的注意力從秘密動作上轉移開的做法。在魔術行話中，誤導將觀眾的注意力吸引到“效果”上，而遠離“方法”，即效果背後的秘密。借用認知心理學的一些術語，我們將誤導分為“公開的”和“隱蔽的”。如果魔術師將觀眾的視線從方法上轉移開，例如僅僅透過要求觀眾看某個特定物體，那麼誤導就是公開的。例如，當偉大的湯姆索尼介紹他可愛的助手時，他確保所有人的目光都集中在她身上。
“隱蔽的”誤導，與之相反，是一種更微妙的技巧；在那裡，魔術師也將其觀眾的注意力聚光燈——或懷疑的焦點——從方法上轉移開，但不必一定轉移觀眾的視線。在隱蔽誤導的影響下，觀眾可能直接看著魔術背後的方法，但卻完全沒有意識到。
認知神經科學已經認識到至少兩種隱蔽的誤導。在所謂的視覺變化盲視中，人們無法注意到場景的某些方面與以前的方式不同。變化可能是預期的或意外的，但關鍵特徵是觀察者不會透過在任何一個時間點看場景來注意到它。相反，觀察者必須將變化後的狀態與變化前的狀態進行比較。
許多研究表明，變化不需要很微妙才能引起視覺變化盲視。即使視覺場景中的劇烈變化，如果發生在諸如眨眼、掃視眼動（眼睛快速從一個點跳到另一個點）或場景閃爍等短暫中斷期間，也會被忽視。英國赫特福德大學心理學家兼魔術師理查德·懷斯曼的“變色紙牌魔術”影片是該現象的一個戲劇性例子（該影片可在 www.youtube.com/watch?v=voAntzB7EwE 線上觀看）。在懷斯曼的演示中——您必須觀看才能體會——觀眾無法注意到在鏡頭外發生的顏色變化。值得注意的是，儘管名稱如此，但變色紙牌魔術影片並沒有使用魔術來闡明其觀點。
無意視盲與視覺變化盲視不同之處在於，無需將當前場景與來自記憶的場景進行比較。相反，人們無法注意到一個完全可見且直接在他們面前的意外物體。心理學家丹尼爾·J·西蒙斯發明了該型別的經典例子。西蒙斯和心理學家克里斯托弗·F·查布里斯當時都在哈佛大學，他們要求觀察者計算三名籃球運動員組成的“球隊”互相傳球的次數，同時忽略另外三名球員的傳球。當他們專注於計數時，一半的觀察者沒有注意到一個穿著大猩猩服裝的人穿過場景（大猩猩甚至在場景中心短暫停止並捶胸！）。沒有必要突然中斷或分散注意力來產生這種效果；計數任務太吸引人了，以至於許多直接看著大猩猩的觀察者仍然錯過了它。
欺騙眼睛還是欺騙大腦？
魔術師認為隱蔽形式的誤導比公開形式的誤導更優雅。但神經科學家想知道什麼樣的神經和大腦機制使魔術能夠奏效。如果要將魔術的藝術性應用於神經科學，神經科學家必須瞭解這種藝術性正在挖掘什麼樣的認知過程。
也許第一個將魔術感知與生理測量相關聯的研究是英國杜倫大學心理學家古斯塔夫·庫恩和蘇格蘭鄧迪大學本傑明·W·塔特勒於 2005 年發表的。兩位研究人員測量了觀察者的眼球運動，而庫恩（他也是一位魔術師）透過將香菸掉到桌子下來“變消失”香菸。他們的目標之一是確定觀察者錯過魔術是因為他們在錯誤的時間沒有看對地方，還是因為他們沒有注意到它，無論他們朝哪個方向看。結果很清楚：他們看向哪裡無關緊要。
另一項關於另一個魔術“消失球錯覺”的類似研究進一步證明，魔術師正在高認知水平上操縱觀眾的注意力；他們的視線方向對於效果並不重要。在消失球錯覺中，魔術師首先將球向上拋起，然後在沒有意外的情況下接住幾次。然後，在最後一次拋擲時，他只是假裝拋球。他的頭部和眼睛跟隨一個假想球的向上軌跡，但實際上他並沒有拋球，而是秘密地將球藏在手掌中。然而，大多數觀眾感知到的是，（未丟擲的）球上升了——然後在半空中消失了。
在與塔特勒合作研究的第二年，庫恩和英國蘇塞克斯大學的神經生物學家邁克爾·F·蘭德發現，觀眾的視線並沒有指向他們自己聲稱看到球消失的地方。這一發現表明，錯覺並沒有愚弄負責觀眾眼球運動的大腦系統。相反，庫恩和蘭德得出結論，魔術師的頭部和眼球運動對於錯覺至關重要，因為它們隱蔽地將觀眾的注意力焦點（而不是他們的視線）重定向到球的預測位置。對魔術師的頭部和眼球運動暗示的球的運動做出反應的神經元與對真實運動敏感的神經元位於大腦的相同視覺區域。如果暗示運動和真實運動啟用相似的神經迴路，那麼這種錯覺似乎如此真實也就不足為奇了。
庫恩和蘭德假設，消失球可能是“表象動量”的一個例子。消失的運動物體的最終位置被感知為比其實際最終位置更靠前——就好像預測的位置是從剛剛過去的運動中推斷出來的一樣。
更多魔術技巧
觀眾經常試圖重建魔術，以瞭解表演期間發生了什麼——畢竟，觀察者越是嘗試（並且失敗）理解魔術，它就越像是“魔術”。就魔術師而言，他們經常敢於讓觀眾發現他們的方法，例如，透過“證明”帽子是空的，或者助手的連衣裙太緊，無法在下面隱藏第二件連衣裙。幾乎所有做的事情都是為了透過誤導使重建儘可能困難。
但視覺變化盲視和無意視盲並不是魔術師可以從帽子裡變出的唯一認知錯覺。假設魔術師需要舉起手來執行魔術。著名舞臺魔術表演 Penn & Teller 的一半成員 Teller 解釋說，如果他無緣無故地舉起手，他比做出似乎自然或自發的的手勢（例如調整眼鏡或撓頭）更容易引起懷疑。對於魔術師來說，這種手勢被稱為“告知動作”。
不言而喻的假設和暗示的資訊對於魔術的感知及其隨後的重建也很重要。魔術師詹姆斯·蘭迪（“神奇的蘭迪”）指出，與直接斷言相比，觀眾更容易被誘導接受暗示和不言而喻的資訊。因此，在重建中，觀眾可能會記住暗示的建議，就好像它們是直接證據一樣。
瑞典隆德大學的心理學家彼得·約翰遜和拉斯·霍爾及其同事應用了這種和其他魔術技巧，開發出一種全新的方法來解決神經科學問題。他們向天真的實驗物件展示了女性面孔的圖片對，並要求受試者在每對圖片中選擇他們認為更具吸引力的面孔。在某些試驗中，還要求受試者描述他們選擇的原因。受試者不知道的是，研究人員偶爾會使用一種從一位名叫彼得·羅森格倫的專業魔術師那裡學來的手法，在受試者做出選擇之後，將一張臉換成另一張臉。因此，對於被秘密操縱的圖片對，受試者選擇的結果變成了與他們最初意圖相反的結果。
有趣的是，受試者僅在所有被操縱的圖片對中的 26% 中注意到了這種切換。但更令人驚訝的是，當要求受試者在被操縱的試驗中說明他們選擇的原因時，他們會捏造理由來證明結果的合理性——而這個結果與他們實際的選擇相反！約翰遜和他的同事將這種現象稱為“選擇盲視”。透過預設但強烈地暗示受試者已經做出了選擇，研究人員能夠研究人們如何證明他們選擇的合理性——即使是他們實際上沒有做出的選擇。
扒手的頭腦
誤導技巧也可能從扒手的技能中發展出來。這些小偷經常在擁擠的公共場所進行交易，他們嚴重依賴基於社交的誤導——眼神接觸、身體接觸和侵犯受害者的個人空間，或“目標”。扒手也可能根據他們當前的目的以不同的方式移動他們的手。如果他們想將目標的注意力吸引到整個運動路徑上，他們可能會掃出一條彎曲的路徑，或者如果他們想減少對路徑的注意力並快速將目標的注意力轉移到最終位置，他們可能會描繪一條快速的線性路徑。這些操作的神經科學基礎尚不清楚，但我們的研究合作者、專業扒手阿波羅·羅賓斯強調，這兩種運動對於有效地誤導目標至關重要。我們提出了幾種可能的、可檢驗的解釋。
一種建議是，彎曲和直線的手部運動會啟用大腦中兩個不同的控制系統來移動眼睛。“追隨”系統控制眼睛在平穩移動的物體時跟隨，而“掃視”系統控制眼睛從一個視覺目標跳到下一個視覺目標的運動。因此，我們假設扒手的彎曲手部運動可能會透過目標的追隨系統觸發眼睛控制，而快速的直線運動可能會導致掃視系統佔據主導地位。然後，如果目標的追隨系統鎖定扒手手的彎曲軌跡，則目標的視覺中心可能會從隱藏盜竊的位置轉移開。如果快速的直線運動吸引了目標的掃視系統，那麼扒手就會獲得優勢，即當眼睛從一個點跳到另一個點時，目標的視覺會被抑制。（這種現象在視覺科學中是眾所周知的，稱為掃視抑制。）
對不同手部運動的另一種可能的解釋是，彎曲運動可能比線性運動在感知上更突出，因此更能吸引注意力。如果是這樣，只有大腦的注意力系統——而不是任何眼睛運動的控制系統——可能會受到扒手的手動誤導的影響。我們早期的研究表明，物體的曲線和拐角比直線邊緣更突出，併產生更強的大腦活動。原因可能是銳利的曲線和拐角比直線邊緣更難以預測和冗餘（因此更新穎和資訊量更大）。同樣，彎曲軌跡可能比直線軌跡更不冗餘，因此更突出。
控制有線大腦中的意識
使用魔術作為認知錯覺的來源來幫助隔離負責特定認知功能的神經迴路的可能性似乎是無窮無盡的。神經科學家最近從魔術中借用了一種技巧，該技巧使志願者受試者錯誤地將兩個事件聯絡起來作為因果關係，同時記錄了受試者的大腦影像。當事件 A 先於事件 B 時，我們常常得出結論（正確或錯誤地）A 導致 B。熟練的魔術師利用了這種傾向，確保事件 A（例如，在球上倒水）始終先於事件 B（球消失）。事實上，A 並沒有導致 B，但它的先出現有助於魔術師使其看起來如此。認知心理學家將這種效果稱為錯覺相關性。
在 2006 年的一項未發表的研究中，庫恩和認知神經科學家本·A·帕里斯和蒂姆·L·霍奇森（當時都在英國埃克塞特大學）向正在接受功能性磁共振成像的受試者展示了涉及明顯違反因果關係的魔術影片。將受試者的大腦影像與對照組的大腦影像進行了比較：對照組的人觀看了沒有明顯因果關係違反的影片。研究人員發現，觀看魔術的受試者比對照組的前扣帶皮層啟用程度更高。這一發現表明，該大腦區域可能對解釋因果關係很重要。
庫恩及其同事的工作僅僅開始暗示魔術技巧在操縱注意力和意識以研究大腦生理學方面的力量。如果神經科學家學會像專業魔術師一樣熟練地使用魔術方法，他們也應該能夠精確地、即時地控制意識。如果他們將意識的內容與神經元的功能相關聯，他們將有手段探索意識本身的一些奧秘。
注意：本文最初印刷時的標題是“魔術與大腦”。