悖論——其中相同的資訊可能導致兩種矛盾的結論——同時給我們帶來快樂和折磨。它們是無盡的著迷和挫敗感的來源，無論它們涉及哲學（考慮羅素悖論，“這句話是假的”）、科學還是感知。諾貝爾獎獲得者彼得·梅達沃曾說過，這樣的謎題對科學家或哲學家產生的影響，就像工程師聞到燒焦橡膠的味道一樣：它們創造了一種不可抗拒的找到原因的衝動。作為研究感知的神經科學家，我們感到有必要研究視覺悖論的本質。
讓我們以最簡單的情況為例。如果來自不同來源的資訊彼此不一致，會發生什麼？通常，大腦會聽從統計上更可靠的資訊來源，而簡單地忽略另一個來源。例如，如果您從遠處觀看空心面具的內部，您會將臉部視為正常——即凸面——即使您的立體視覺正確地發出訊號，表明面具實際上是空心的凹面。在這種情況下，您的大腦對凸面的累積經驗會覆蓋並否決對不尋常的空心面孔的感知。
最吸引人的是感知與邏輯相矛盾的情況，從而導致“不可能的圖形”。英國畫家和版畫家威廉·荷加斯可能在 18 世紀創作了最早的此類圖形 (a)。 簡要檢視此影像不會顯示任何異常。 然而，仔細檢查會發現它在邏輯上是不可能的。 另一個例子是“魔鬼的音叉”或舒斯特難題 (b)。 這種不可能的圖形提出了關於感知與理性之間關係的深刻問題。
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在現代，瑞典藝術家奧斯卡·路透斯瓦德在一定程度上覆興了對此類效果的興趣。 他被稱為不可能圖形之父，設計了許多幾何悖論，包括“無盡的樓梯”和“不可能的三角形”。 這兩個圖形也由著名的父子科學家萊昂內爾和羅傑·彭羅斯獨立開發，c 顯示了他們版本的現在通常稱為彭羅斯三角形的圖形。
荷蘭藝術家 M. C. 埃舍爾在他的探索空間和幾何學的版畫中巧妙地融入了此類圖形。 考慮埃舍爾的樓梯 (d)：樓梯的任何單個部分都不是不可能或模稜兩可的，但整個組合在邏輯上是不可能的。 您可以永遠向上攀登樓梯，但仍然不斷繞圈，永遠無法到達頂部。 它概括了人類的狀況：我們永遠追求完美，但永遠無法完全達到目標！
這個樓梯真的是一個感知悖論嗎？ 也就是說，大腦是否無法構建連貫的感知（或感知的標記），因為它必須同時接受兩種矛盾的感知？ 我們認為不是。 感知幾乎在定義上必須在任何給定的瞬間都是統一和穩定的，因為它的全部目的是引導我們採取適當的目標導向行動。 事實上，一些哲學家將感知稱為“行動的條件性準備”，這似乎有點誇大其詞。
儘管人們普遍認為“我們看到我們相信的”，但感知機制實際上處於自動駕駛狀態，因為它們計算併發出視覺環境各個方面的訊號。 您無法選擇看到您想看到的東西。 （如果我向您展示一隻藍色的獅子，您會看到它是藍色的。 您不能說，“我將選擇將其視為金色，因為它應該是金色的。”） 相反，d 中的悖論正是因為感知機制執行嚴格的區域性計算，發出“上升的樓梯”的訊號，而您的概念/智力機制推斷出這樣的上升樓梯在邏輯上不可能形成閉環。 感知的目標是快速計算出足夠好的近似答案，以供立即生存； 您不能反覆思考獅子是近還是遠。 理性概念（邏輯）的目標是花時間產生更準確的評估。
真悖論還是偽悖論？
不可能的圖形（除了我們將返回討論的三角形）是否是感知領域本身的真正悖論？ 有人可能會爭辯說，感知本身仍然是，或者似乎仍然是，內部一致、連貫和穩定的，而真正的悖論式感知是矛盾修飾法。 樓梯與我們看到視覺錯覺（例如繆勒-萊爾錯覺 (e)）並無不同——其中兩條長度相等的線看起來長度不同——但隨後用尺子測量這兩條線，並在智力層面上說服自己這兩條線的長度是相同的。 衝突發生在感知和智力之間，而不是感知本身的真正悖論。 另一方面，“這句話是假的”完全是概念/語言領域的悖論。
另一個引人注目的感知是運動後效。 如果您盯著一個方向移動的條紋看一分鐘，然後將目光轉移到靜止的物體上，則該物體似乎會朝與條紋移動方向相反的方向移動。 這種效果的產生是因為您的視覺系統具有發出不同方向訊號的運動檢測神經元，並且在一個方向上不斷移動的條紋會使通常會發出該方向訊號的神經元“疲勞”[參見維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭和黛安·羅傑斯-拉馬錢德蘭的《視覺世界的穩定性》； 《大眾科學·心靈》，2006 年 2 月/3 月]。 結果是“反彈”，即使靜止的物體也似乎朝相反的方向移動。
然而奇怪的是，當您看著物體時，它似乎在一個方向上移動，但它似乎沒有到達任何地方； 它沒有朝著目標前進。 這種效果通常被吹捧為感知悖論：事物怎麼可能看起來在移動但位置沒有改變？ 但再一次，感知本身不是悖論； 相反，它肯定地發出訊號表明物體正在移動。 是您的智力推斷出它沒有移動並推斷出一個悖論。
考慮一個更熟悉的相反情況。 您知道（推斷）您時鐘的時針在移動，即使它看起來是靜止的。 它的移動速度不夠快，無法激發運動檢測神經元。 然而，沒有人會將時針的移動稱為悖論。
感知-認知邊界
存在一些臨界情況，例如魔鬼的音叉。 在這種顯示中，有些人可以“一眼”看到整體。 區域性和全域性感知線索本身被感知為具有內在矛盾的單一格式塔。 也就是說，人們可以一眼掌握整體並欣賞其悖論性質，而無需思考它。 這種顯示提醒我們，儘管感知的模組化準自主性質及其明顯的智力免疫力，但感知和認知之間的界限可能會模糊。
不可能的三角形是類似的。 正如英國布里斯托爾大學神經心理學榮譽教授理查德·L·格雷戈裡所表明的那樣，您可以構建一個複雜的 3-D 物體 (f)，只有從一個特定角度觀察時，才會產生 g 中的影像。 從那個特定角度來看，該物體看起來像一個限制在單個平面內的三角形。 但是，即使您的智力確信它們是可能的（在被展示了 g 的檢視之後），您的感知也會拒絕如此高度不可能發生的事件。 因此，即使您在概念上理解了物體 f 的不尋常形狀，當您檢視 g 時，您仍然會看到一個閉合的三角形，而不是實際產生它的物體 (f)。
人們將如何透過經驗檢驗這些概念？ 對於埃舍爾樓梯，人們可以利用感知幾乎是瞬時的這一事實，而認知則需要時間。 人們可以短暫地呈現顯示內容——足夠短的時間以防止認知介入——例如十分之一秒，然後是掩蔽刺激（這可以防止在移除測試圖形後繼續進行視覺處理）。 預測是，除非刺激持續時間充分延長，否則圖片應該不再看起來是悖論式的。 對於魔鬼的音叉，也可以嘗試同樣的方法，它更有可能是一個真正的感知悖論。 在這種情況下，掩蔽可能無法將其“解剖”為兩個不同的（感知或認知）階段。 它可能歸結為規模或複雜性問題。
無論悖論的起源是什麼，任何人都不會對這些神秘的展示品不感興趣。 它們不斷地挑逗我們的感官，並挑戰我們所有關於現實和幻覺的概念。 人類的生活似乎愉快地被悖論所困擾。