在 1999 年好萊塢大片《駭客帝國》中，智慧機器將人類囚禁在虛擬現實狀態中。它們將一個計算機程式，即“矩陣”，輸入到每個大腦中，以模擬外部真實世界，然後收穫被囚禁人類的生化電能以滿足自身的能量需求。對於人類來說，他們的存在似乎正常而平淡，但事實上，他們生活在幻覺之中。
儘管《駭客帝國》是虛構的，但我們的大腦也在執行著它自己的虛擬現實。大腦建立了一個世界模型，我們通常認為這個模型是準確的。然而，在許多情況下，它並非如此。視覺錯覺生動地說明了大腦的錯誤解釋。在某些情況下，它會對世界做出錯誤的假設，從而扭曲我們的感知。
最近的研究揭示了大腦中潛在的——或對應於——幾種型別的錯覺感知的神經活動。這些發現表明，我們並非只是看到那裡存在的東西，而是不斷地使用我們頭腦中的“矩陣”來重塑我們周圍的世界。
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[中斷] 我思故我在
幾個世紀以來，哲學家和科學家們一直在提出這樣一種觀點，即心靈創造了它自己版本的周圍環境。柏拉圖提出，現實存在著我們無法觸及的維度，而人類僅僅生活在真理的陰影之下。在 17 世紀，勒內·笛卡爾對自己的思想進行了著名的思考，並得出結論，體驗現實並非萬無一失，唯一可以確定的是思考的體驗。因此，“我思故我在。”
在 19 世紀後期，德國醫生和物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲認識到，錯覺揭示瞭解釋外部世界的積極過程，並且可以研究和測量這些現象。一百年後，我在英國布里斯托爾大學的前同事、心理學家理查德·L·格雷 Gregory 花費了畢生精力研究錯覺，將其視為大腦為解釋複雜、模糊和歧義的世界而產生的假設。世界並非被動地強加於我們的思想；相反，它必須被積極地解釋。
這種解釋部分來自自上而下的過程，這些過程反映了透過經驗獲得的知識。例如，艾姆斯房間錯覺中的透視線索欺騙大腦，使其認為房間符合通常的幾何形狀——所有牆壁和地板都以 90 度角相交[參見上方插圖]。
因為我們假設這是一個正常的房間，所以我們得出結論，圖中描繪的個人與觀察者的距離相同——並且那個女孩一定比這兩個男人大得多。然而，實際上，房間是一個梯形，地板向右陡峭向上傾斜。男人們身高相等，而女孩比他們小得多。透視線索為我們判斷大小提供了框架。
當我們在一個物體將不斷變化的大小資訊投射到視網膜（眼睛後部的感光細胞層）的世界中移動時，這些線索也有助於我們保持感知的恆常性。例如，大腦使用環境的其他特徵（例如地面的紋理）來校準其對物體大小的估計。因此，即使遠處的物體在視網膜上投射出較小的影像，它們看起來也不會更小。類似的調整解釋了月球錯覺，即地平線上的月亮看起來比天空中的月亮大得多：在地平線上，眼睛將其大小與已知的地標進行比較，而天空中沒有這樣的視覺路標。
透視錯覺並非人類獨有。澳大利亞雄性園丁鳥（Chlamydera nuchalis）建造一個由兩根樹枝牆組成的精緻涼亭，以形成一條通道[參見右側插圖]。這種結構充當一個庭院，雌性園丁鳥坐在那裡觀看雄性在外面進行交配展示。在他炫耀自己的地盤的末端，地面上覆蓋著貝殼、石頭和骨頭的集合。
值得注意的是，雄性園丁鳥將尺寸越來越大的物體放置在遠離雌性園丁鳥有利位置的地方，從而產生類似於艾姆斯房間的錯覺，其中鳥類的舞臺顯得縮短了。這種設計是故意的。在 1 月份發表的一項研究中，澳大利亞迪肯大學的生態學家勞拉·凱利和約翰·恩德勒重新排列了這些物體，將較大的物體放置在更靠近涼亭的位置。雄性園丁鳥迅速將物體恢復到原來的配置。一種推測是，這種錯覺足以吸引雌性園丁鳥的注意力，讓雄性園丁鳥進入涼亭並交配。
其他錯覺較少是自上而下的，而更多是自下而上的——也就是說，根植於基本感官體驗的神經機制中。例如，當您乘坐的車輛停下來時，您會看到世界開始向相反方向移動——這種錯覺稱為運動後效。大腦透過新增來自各種運動檢測器的輸入來計算方向。在這種效應中，處理原始方向感知運動的視覺細胞會暫時“習慣”或疲勞，導致它們停止傳送訊號。然而，處理相反方向運動的細胞仍然活躍。暫時的不平衡使視覺世界看起來向相反方向移動。
[中斷] 被愚弄的神經元
近年來，科學家們開始研究產生自上而下錯覺的自下而上神經機制。心理學家蓋塔諾·卡尼扎，已故的義大利的裡雅斯特心理學研究所的創始人，普及了錯覺輪廓影像，這些影像產生了具有事實上不存在的邊緣和表面的幾何形狀的印象[參見左上角插圖]。
1984 年，神經生理學家魯迪格·馮·德·海特及其在約翰·霍普金斯大學的同事發現了稱為末端停止細胞的視覺神經元，這些神經元對真實邊界做出反應，但也記錄了錯覺輪廓。這些細胞的活動導致大腦將錯覺邊界解釋為真實的。
自從最初的發現以來，許多研究表明，大腦對待卡尼扎形狀就好像它們是真實物體一樣。例如，在 1985 年，加州大學聖地亞哥分校的神經心理學家維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭報告說，動畫師用來創造物體運動感知的常用技巧也適用於錯覺輪廓影像。當這些錯覺形狀在後續幀上的兩個位置之間轉置時，它們似乎已經移動了。2006 年，瑞士日內瓦大學的神經科學家穆罕默德·塞吉爾和帕特里克·維勒米耶發表了神經影像學發現，表明這些形狀的明顯運動激活了視覺皮層中對運動敏感的區域。大腦將這些幾何幽靈視為真實的移動物體。
2 月，挪威奧斯陸大學的心理學家布魯諾·朗和托爾·恩德斯塔德使用瞳孔放大揭示了迄今為止錯覺真實效果的最戲劇性例子。瞳孔會自動收縮以響應強光，從而保護視網膜中的受體免受損害。科學家們一直認為這種反射是無意識的，因為它在昏迷患者身上也很明顯，並且它是由絕對亮度量觸發的。在他們的研究中，朗和恩德斯塔德使用紅外感測器測量觀察者在觀看右上角兩個插圖中顯示的亮度錯覺時的瞳孔大小。儘管每個設計的中心都具有相同的物理亮度量，但左側的圖案在主觀上顯得更亮。因此，研究人員發現，參與者的瞳孔對左側影像的收縮程度大於對右側影像的收縮程度，這表明對亮度的“主觀體驗”——而非實際亮度——控制著這種反應。無論現實如何，視覺系統都將明顯更亮的圖案解釋為對眼睛的更大威脅。
研究人員還發現了涉及視覺以外的其他感官（如聽覺和觸覺）的錯覺的神經相關性。在某種程度上，這些發現是不足為奇的，因為人們普遍認為精神體驗必然在大腦中具有基礎。在另一個層面上，它們表明我們與現實沒有直接接觸。我們的大腦始終在抽象和解釋我們周圍的世界。即使當我們知道錯覺的真實本質時，這種洞察力通常也不會改變我們的體驗。就大腦而言，如果一個事件是錯覺，它可能和真實的一樣。
[中斷] （作者）
布魯斯·胡德是英國布里斯托爾大學的社會發展心理學教授，也是《自我錯覺：社會大腦如何創造身份》（牛津大學出版社，2012 年）的作者。他主持了 2011 年英國皇家學院聖誕講座，這是一個名為“認識你的大腦”的三部分系列講座，後來在 BBC 上播出 (http://richannel.org)。