大腦的面部識別系統很容易被愚弄

我們的大腦經過精妙的調整，能夠感知、識別和記住面孔。在繁忙的街道上，我們可以很容易地在數十甚至數百張陌生的面孔中找到朋友的面孔。我們會觀察彼此的面部表情，以尋找讚賞和不贊同、愛和輕蔑的跡象。即使我們已經透過書信或電話與某人交談了很長時間，當我們親自見到他或她並能夠“將名字與面孔對應起來”時，我們常常會感到欣慰。

負責我們精細的“面孔感”的神經元位於一個名為梭狀回的大腦區域。對這個大腦區域的創傷或損傷會導致一種罕見的神經系統疾病，稱為面孔失認症，或臉盲症。面孔失認症患者無法識別名人、近親，甚至無法在鏡子裡認出自己。但是，即使是我們這些面部識別能力正常的人，也容易受到面部感知中的許多錯覺和偏見的影響。

“蒙娜麗莎”的微笑

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蒙娜麗莎迷人的微笑（左）可能是史上最著名的藝術謎團。哈佛醫學院的神經生物學家瑪格麗特·S·利文斯通表明，蒙娜麗莎的微笑出現和消失是由於大腦使用不同的視覺過程來感知我們視覺中心與外圍的資訊。

直接看著蒙娜麗莎的嘴唇，注意到她的微笑非常微妙，幾乎沒有。現在看著她的眼睛或頭髮的分縫處，同時注意她的嘴。她的微笑要寬得多。當我們凝視蒙娜麗莎的臉時，我們眼睛的移動使她的微笑變得生動起來，隨著我們對微笑的感知發生變化而忽明忽暗。

視覺場的中心和外圍對感知產生這種差異性影響，是因為我們視覺中心的神經元看到的只是世界的一小部分，從而為我們提供高解析度的視覺。相反，外圍的神經元看到的是視覺場景中更大的部分，因此解析度較低。

這就是眼睛在觀看蒙娜麗莎時發生的事情：眼睛將從畫作反射的光線聚焦到視網膜上，上下顛倒和前後顛倒（右）。視網膜內相鄰的光感受器被從畫作反射的相鄰光點啟用。

達芬奇的感知密碼

蒙娜麗莎的微笑可以用這樣的事實來解釋，即影像在我們視覺的外圍是模糊的，因此只有在模糊時才能看到她的微笑。利文斯通透過模擬視覺系統如何在遠外圍、近外圍和我們凝視的中心看到蒙娜麗莎的微笑來解開了這個謎團（上圖，從左到右）。該模擬是在Photoshop中完成的，方法是簡單地模糊和去模糊畫作，以模擬解析度從視覺中心到遠外圍的變化。微笑出現在左側和中間面板（遠和近視覺外圍）上，但在右側面板（凝視中心）上消失了。這種效果類似於憤怒博士和冷靜先生的混合影像，同樣可以用不同視網膜神經元針對不同空間頻率進行調整的事實來解釋。從某種意義上說，萊昂納多·達·芬奇將蒙娜麗莎畫成了一個混合體，一個快樂的蒙娜麗莎疊加在一個悲傷的蒙娜麗莎之上，每個蒙娜麗莎都有不同的空間頻率內容。

誠實的亞伯

超現實主義畫家薩爾瓦多·達利也嘗試在單個影像中結合高空間頻率和低空間頻率內容（上圖）。這幅畫的標題說明了一切：《加拉凝視地中海，在二十米處變成亞伯拉罕·林肯的肖像》（向羅斯科致敬）。當您從遠處觀看這幅畫或眯起眼睛時，這幅畫的更精細的細節（例如彩色色塊的邊緣）會變得模糊，然後您可以看到構成林肯面部的低空間頻率形狀和陰影。

性別的錯覺

心理學家理查德·羅素創造的這個錯覺在2009年最佳年度錯覺競賽中獲得第三名。並排的面孔被感知為女性（左）和男性（右）。然而，兩者都是同一個雌雄同體面孔的版本（請參閱http://illusionoftheyear.com/2009/the-illusion-of-sex）。這兩個影像是相同的，只是左側面孔的眼睛和嘴巴與面部其餘部分的對比度高於右側面孔。

這個錯覺表明，對比度是確定面孔性別的重要線索，低對比度面孔看起來像男性，而高對比度面孔看起來像女性。這也可能解釋了為什麼許多文化中的女性用化妝品來加深她們的眼睛和嘴巴的顏色：化妝後的臉比素顏看起來更女性化。

貓科動物的臉

在奧利瓦的麻省理工學院實驗室創作的《貓女》（右）是女人（左）和貓的混合影像。在近距離，《貓女》有一張貓的臉。但在遠處，粗糙的特徵掩蓋了鬍鬚、皮毛紋理和其他細節。簡單地將透明的貓臉疊加在女人的臉上不會產生相同的效果；這種錯覺只有透過組合兩個空間細節不同的影像（一個精細，一個粗糙）才能起作用。

瑪格麗特·撒切爾錯覺

英國約克大學視覺科學家彼得·湯普森的這個錯覺對於我們理解面部感知至關重要。當這種錯覺在1980年被發現時，科學家們已經知道面孔倒過來很難識別。但當時的假設是，由於大腦總是看到正立的面孔，因此面部識別細胞針對正立的面孔進行了最佳化。這個假設部分正確，但瑪格麗特·撒切爾錯覺更進一步表明，大腦不僅僅是處理和儲存整個面孔的表徵；而是識別諸如嘴巴和眼睛等單個面部特徵的表徵。

撒切爾影像的頂部和底部行彼此相同，但垂直翻轉。頂行看起來像兩個倒立的撒切爾，這沒問題。但底行看起來左邊是撒切爾，右邊是可怕的變種人。原因是，左列描繪的是正常的面孔（儘管上面的面孔是倒立的），而右列顯示的是弗蘭肯斯坦式的撒切爾合成圖，只有眼睛和嘴巴是垂直翻轉的。右上角的撒切爾不會讓你感到害怕，因為眼睛和嘴巴是正立的（儘管整個面孔是倒立的），因此你的面部感知神經元將它們視為“正常”（即使它們與面部的其餘部分不匹配）。

右下角的影像令人毛骨悚然，因為眼睛和嘴巴是倒立的，因此完全錯誤，儘管整個面孔是正立的。哈佛大學利文斯通及其當時的同事神經科學家溫裡奇·弗賴瓦爾德和多麗絲·曹的研究發現，大腦中存在對特定面部特徵（如嘴巴和眼睛）做出反應的神經元，這證實了幾十年前從這種錯覺中做出的預測。

託尼·布萊爾錯覺

加利福尼亞大學聖地亞哥分校的視覺科學家斯圖爾特·安斯蒂斯在2005年創造了這個錯覺，以慶祝撒切爾錯覺25週年。安斯蒂斯推斷，如果面部檢測神經元更喜歡正立的面部特徵，那麼它們也應該對其他進化上穩定的面部方面具有選擇性。他透過比較託尼·布萊爾的正片和負片影像來檢驗了這個想法。由於我們已經進化到只在正對比度下看到面孔，因此，如果以負片形式顯示單個面部特徵，對面部特徵的感知應該會失敗。與撒切爾錯覺一樣，以負片形式顯示整個面孔（左上角）使其不如正常面孔（左下角）容易識別。使用疊加在負片面孔上的嘴巴和眼睛的正片影像看起來也不是特別怪異（右上角）。但是，帶有負片嘴巴和眼睛的布萊爾正片影像（右下角）與正立撒切爾中的倒立嘴巴和眼睛一樣可怕。

穆尼面孔

我們的神經系統被硬連線來快速有效地檢測和處理面孔，即使細節很少。如上圖所示的圖片通常被稱為穆尼面孔，以認知心理學家克雷格·穆尼的名字命名，他曾在他的感知研究中使用過類似的影像。穆尼面孔說明了“看到”一張臉實際上需要很少的視覺資訊。

電影《凶兆》的海報創作者理解這種現象（下圖）。海報中的樹枝、樹葉和小鳥只構成了女演員桑德拉·布洛克面孔的最基本輪廓。人腦填補了空白，並從稀疏的視覺內容中構建出一張完整的面孔。

空心面具錯覺

雕塑家布萊恩·帕克斯創作的這個空心面具給人一種怪異的印象，即當你四處走動時，阿爾伯特·愛因斯坦的臉似乎在跟著你（上圖）。面具放置在窗戶前，開啟的背面朝向你，以便陽光照亮塑膠面孔。雖然面具是凹面的，但你的大腦假定所有面孔都是凸面的。雖然凸面面孔只會朝一個方向看，但愛因斯坦的空心面孔似乎在觀看者正前方時向前看，但在觀看者側身移動時則以一定角度觀看。在另一個對這種眾所周知的錯覺的演示中，當一個空心面具在轉盤上旋轉時，它看起來會朝與轉盤實際方向相反的方向轉動。

羅格斯大學的視覺研究員托馬斯·帕帕托馬斯透過在空心面具上安裝三維眼球和鼻環，創造了這個錯覺的有趣變體。如下面旋轉面具電影中的這三幀所示，眼球和鼻環看起來與面具的旋轉方向相反（下圖）。

這個錯覺在2008年最佳年度錯覺競賽中獲得第三名。您可以在http://illusionoftheyear.com/2008/rolling-eyes-on-a-hollow-mask觀看這部電影

種族面孔錯覺

在觀看種族黑人（左）和白人（右）面孔的合成圖時，兩位心理學家注意到一個有趣的錯覺，這些合成圖反射的光量完全相同：白人面孔看起來更亮。範德比爾特大學的丹尼爾·T·列文與哈佛大學的馬紮林·R·巴納吉合作，提出這種扭曲的發生是因為關於面孔類別的知識會影響我們對膚色的感知。

面孔環繞

由於人腦非常擅長檢測面孔，我們有時會在不存在面孔的地方看到面孔。你小時候是否曾被抽象桌布設計中突然出現的奇怪面孔或臥室半明半暗的陰影形成的怪異面孔嚇到？是否注意到汽車似乎有面孔，前燈是眼睛，格柵是嘴巴？這些效應是由於我們大腦的面孔識別迴路造成的，這些迴路不斷試圖在人群中找到一張面孔。

鬃毛的區別

展示政治家的視覺錯覺風靡一時。乍一看，這看起來像是阿爾·戈爾站在比爾·克林頓身後，但請注意，戈爾實際上是克林頓的替身，只是有著戈爾華麗的頭髮（左）。一組面部特徵（克林頓的）與另一組不同的特徵（戈爾的頭髮）混合在一起，不容易被識別為錯位。

超人依靠同樣的錯覺來保護他的身份：多虧了一副眼鏡、一套換洗的衣服和不同的髮型，大都會沒有人意識到他和克拉克·肯特是同一個人（下圖）。

情緒適應

凝視憤怒的臉（左）約30秒，同時在眼睛到嘴巴，到鼻子，再回到眼睛等處環顧面部。然後看中間的臉。看起來很害怕，對吧？現在看害怕的臉（右）30秒，然後再看中間的臉。這次是憤怒的！實際上，中間的臉是憤怒和害怕的臉的50-50混合體。

由安德烈·巴特勒及其在不列顛哥倫比亞大學的同事創造的這個錯覺表明，我們的視覺處理系統會適應不變的面部表情，從而暫時降低對它的反應。結果，當您觀看混合體時，另一種面部表情會佔主導地位。這種適應發生在更高級別的大腦回路中，而不是在視網膜中，因為即使您只用一隻眼睛觀看左側或右側影像，然後用另一隻（未適應的）眼睛觀看中心影像，這種錯覺也有效。

胖臉瘦臉錯覺

發現撒切爾錯覺的湯普森後來發現了一種新現象，他稱之為“胖臉瘦臉錯覺”。在這個效果的例子中，照片是相同的，但是倒立的面孔看起來比正立的版本明顯更苗條。

一種可能的解釋是，當以正常的正立位置觀看時，大腦更容易識別獨特的面部特徵，例如圓臉頰。但這並不能解釋為什麼瘦臉倒立時不會顯得更胖，甚至更瘦。

這個錯覺作為2010年最佳年度錯覺競賽的前10名入圍者而參加了比賽。

關注面孔

面部表情在我們日常的社互動動中起著關鍵作用。即使在看電影或照片時，我們也會將大部分時間花在觀看他們描繪的面孔上。然而，我們對人臉的強烈關注是以犧牲其他潛在的有趣資訊為代價的。快速看一下這位婦女和孩子。他們微笑的面孔表明他們玩得很開心。但僅此而已嗎？仔細觀察，您可能會注意到女孩的右手多了一個手指：這是您最初可能錯過的東西，因為您的注意力集中在面孔上。