視覺影像本質上是模稜兩可的：視網膜上一個人的影像，對於近距離看到的矮人或遠距離看到的巨人來說，大小是相同的。感知部分是使用關於世界的某些假設來解決這種歧義的問題。我們可以使用錯覺來揭示大腦隱藏的規則和假設是什麼。在本專欄中，我們考慮陰影錯覺。
在插圖 a中，這些圓盤是模稜兩可的；你可以將頂行看作是從左邊照亮的凸球或“雞蛋”，而將底行看作是凹陷——或者反之亦然。這一觀察表明，大腦中的視覺中心有一個內建的假設，即單個光源照亮整個影像，考慮到我們在一個只有一個太陽的星球上進化而來，這是有道理的。透過有意識地將光源從左向右移動，你可以使雞蛋和凹陷的位置互換。
在插圖 b中，影像更引人注目。在這裡，頂部發光的圓盤總是看起來像雞蛋，而底部發光的圓盤是凹陷。因此，我們發現了視覺系統使用的另一個前提：它期望光線從上方照射下來。你可以透過將頁面倒過來驗證這一點。所有的雞蛋和凹陷都會立即互換位置。
支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
令人驚訝的是，即使你將頭部旋轉 180 度，大腦關於光線從頭頂上方照射下來的假設仍然保留。請朋友為您正向拿著這一頁。然後彎下腰，從兩腿之間看向身後的頁面。你會發現，開關再次發生，就好像太陽粘在你的頭上，從地板上向上照射一樣。來自你身體的平衡中心——前庭系統——的訊號，在前庭系統中，由你耳朵裡叫做耳石的小石頭的位置引導，傳遞到你的視覺中心，以糾正你對世界的影像（以便世界繼續看起來是直立的），但不會糾正太陽的位置。
從這個實驗中我們瞭解到，儘管視覺給人的印象是無縫統一的，但實際上視覺是由大腦中多個並行資訊處理模組介導的。有些模組連線到前庭系統；然而，處理陰影形狀的模組卻沒有。原因可能是，為了放置在所謂的以世界為中心的座標中而校正影像，計算量太大，而且會花費太多時間。我們的祖先通常保持頭部直立，因此大腦可以僥倖使用這種捷徑（或簡化假設）。也就是說，我們的祖先能夠經常將嬰兒撫養到成年，因此沒有選擇壓力促使產生前庭校正。
如果你看插圖 c，你會發現你幾乎可以立即在心理上將所有的雞蛋分組，並將它們與凹陷分開。正如視覺科學家幾十年前發現的那樣，只有某些在視覺處理早期提取的基本特徵才能顯著地“跳出來”，並能以這種方式分組。例如，你的大腦可以辨別出綠色背景中的一組紅色點，但不能將散佈在皺眉背景中的微笑分組。因此，顏色是早期提取的原始特徵，而微笑則不是。
（能夠將相似顏色的碎片拼湊在一起，這在生存方面是有意義的。一隻隱藏在綠色樹葉屏障後面的獅子僅僅以金色的碎片可見，但視覺大腦將這些碎片組裝成一個單一的、金色的、獅子形狀的形式，並警告：“快離開這裡！”另一方面，物體不是由微笑組成的。）
你可以在c中將雞蛋分組這一事實表明，陰影資訊，如顏色，在視覺處理的早期就被提取出來。這一預測在最近幾年透過記錄猴子神經元的活動和進行人體腦成像實驗得到了證實。視覺皮層中的某些細胞在觀察者看到雞蛋時會放電；另一些細胞只對凹陷做出反應。在插圖 d中，圓圈的亮度極性與c中相同，你無法感知到分組；這一事實表明感知深度作為早期在視覺處理中提取的線索的重要性。
當然，經過數百萬年的進化，“發現”並利用了陰影的原理，而研究人員只是在最近才探索這些原理。瞪羚有白色的腹部和深色的背部——反陰影——抵消了來自上方的陽光的影響。結果減少了突出，因此瞪羚不那麼顯眼；它們也顯得更瘦，對捕食者來說不那麼美味。毛毛蟲也有反陰影，因此它們更像它們啃食的扁平葉子。一種毛毛蟲物種具有“反向”反陰影——這在科學家意識到這種昆蟲習慣性地倒掛在樹枝上之前，是沒有意義的。一種章魚甚至可以反轉其反陰影：如果你將章魚倒掛起來，它會使用皮膚中稱為色素細胞的色素產生細胞，這些細胞受其前庭輸入控制，以反轉其較暗和較亮的區域。
查爾斯·達爾文注意到大自然使用陰影的一個 striking 的例子，即在孔雀雉長尾巴上突出的眼睛狀斑點。當尾羽水平靜止時，球體從左到右被著色。然而，在鳥類的求偶展示期間，尾羽會豎立起來。在這個位置，斑點頂部較淺，底部較暗，因此圓盤看起來像閃亮的金屬球體一樣凸出——相當於鳥類的珠寶。
幾個簡單的陰影圓圈可以揭示我們視覺系統的潛在假設——甚至這些原理如何在塑造進化適應中發揮了作用——這表明了視覺錯覺在幫助我們理解感知本質方面的力量。
編者注：這篇文章最初以“眼見為實”為標題發表