悖論——相同的資訊可能導致兩個 相互矛盾的結論——同時給我們帶來快樂和折磨。它們是無盡的著迷和沮喪的來源，無論它們涉及哲學（考慮羅素悖論，“這個陳述是假的”）、科學——還是感知。諾貝爾獎獲得者彼得·梅達沃曾說過，這些謎題對科學家或哲學家產生的影響，就像橡膠燃燒的氣味對工程師一樣：它們產生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。如果不同的資訊來源彼此不一致，會發生什麼？通常，大腦會注意統計上更可靠的來源，而忽略另一個來源。例如，如果你從遠處觀察一個空心面具的內部，你會看到這張臉是正常的——也就是凸面的——即使你的立體視覺正確地發出訊號，表明面具實際上是一個空心的、凹面的臉。在這種情況下，你的大腦對凸面的累積經驗會覆蓋並否決對空心臉這種不尋常情況的感知。
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·賀加斯可能在 18 世紀創作了最早的此類圖形 (a)。快速瀏覽這張圖片並沒有什麼異常之處。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”，或舒斯特的難題 (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·路透斯瓦德部分地復興了對此類效應的興趣。他被稱為不可能圖形之父，設計了許多幾何悖論，包括“無限樓梯”和“不可能的三角形”。這兩者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，在下一頁，展示了他們版本的現在通常被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這種圖形。考慮埃舍爾的樓梯（d，在下一頁）：樓梯的任何單個部分都不是不可能的或模稜兩可的，但整個組合在邏輯上是不可能的。你可以永遠向上爬樓梯，但仍然會繞圈子，永遠無法到達頂部。它概括了人類的處境：我們不斷追求完美，但從未真正達到！
這個樓梯真的是一個感知悖論嗎？也就是說，大腦是否因為必須同時接受兩種相互矛盾的感知而無法構建連貫的知覺（或感知標記）？我們認為不是。感知，幾乎從定義上來說，必須在任何給定的時刻都是統一和穩定的，因為它的全部目的是引導我們採取適當的、目標導向的行動。事實上，一些哲學家將感知稱為“有條件的行動準備”，這可能看起來有點誇大其詞。
儘管普遍認為“我們相信什麼就看到什麼”，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。你不能選擇看到你想看到的東西。（如果我給你看一隻藍色的獅子，你看到的它就是藍色的。你不能說，“我會選擇看到它是金色的，因為它應該是金色的。”）相反，d 中的悖論之所以產生，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，而你的概念/智力機制則推斷出，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以立即生存的近似答案；你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。
[分隔] 真悖論還是假悖論？
不可能的圖形（除了我們將要返回的三角形）本身是否是感知領域內的真悖論？有人可能會認為，感知本身仍然是，或者看起來仍然是，內部一致、連貫和穩定的，而真正的悖論性知覺是一種矛盾修辭法。樓梯並不比我們看到的視覺錯覺更像悖論，例如繆勒-萊爾錯覺（e，在第 73 頁）——其中兩條等長的線看起來不同——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是等長的。衝突發生在感知和智力之間，而不是感知本身內部的真悖論。另一方面，“這個陳述是假的”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。如果你盯著向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，物體看起來會沿著條紋移動的相反方向移動。這種效應的產生是因為你的視覺系統有運動檢測神經元發出不同方向的訊號，而條紋不斷地向一個方向移動會“疲勞”通常會發出該方向訊號的神經元。結果是一種“反彈”，即使靜止的物體也看起來會向相反的方向移動。
然而奇怪的是，當你看著物體時，它似乎正在向一個方向移動，但它似乎並沒有到達任何地方；它沒有朝著目標前進。這種效應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卻沒有改變？但再次強調，感知本身並不是悖論；相反，它確定地發出訊號，表明物體正在移動。是你的智力推斷出它沒有移動並推斷出悖論。
考慮一下更熟悉的相反情況。你知道（推斷）你時鐘的時針正在移動，即使它看起來是靜止的。它的移動速度不足以激發運動檢測神經元。然而，沒有人會稱時針的移動為悖論。
[分隔] 感知與認知的邊界
有一些臨界情況，正如魔鬼的音叉所例證的那樣。在這種展示中，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一個具有內在矛盾的完形。也就是說，人們可以一眼把握整體，並在不思考的情況下欣賞其悖論性。這種展示提醒我們，儘管感知的模組化準自主性質及其明顯的免受智力影響，但感知和認知之間的界限可能會變得模糊。
不可能的三角形也很相似。正如英國布里斯托爾大學的神經心理學家理查德·L·格雷戈裡所表明的那樣，你可以構建一個複雜的 3D 物體 (f)，只有從一個特定的有利位置觀看時，才會產生 g 中的影像。從那個特定的角度來看，物體看起來像是一個被限制在單個平面上的三角形。但你的感知會拒絕這種高度不可能發生的事件，即使你的智力確信它們是可能的（在看到 g 中的檢視之後）。因此，即使你從概念上理解了物體 f 的不尋常形狀，當觀看 g 時，你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)。
如何透過經驗來檢驗這些概念？對於埃舍爾樓梯，人們可以利用感知幾乎是瞬時的，而思考則需要時間這一事實。可以簡短地展示顯示內容——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的。同樣的方法也可以用於魔鬼的音叉，它更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”成兩個不同的（感知或認知）階段。這可能歸結為規模或複雜性的問題。
無論悖論的起源是什麼，沒有人不會被這些神秘的展示所吸引。它們不斷地刺激我們的感官，並挑戰我們所有關於現實和幻覺的概念。人類生活，似乎被悖論愉快地困擾著。