神經科學的一個事實是，我們體驗到的一切實際上都是我們想象的產物。雖然我們的感覺感覺準確和真實，但它們不一定能重現外部世界的物理現實。當然，日常生活中的許多體驗都反映了將訊號傳送到大腦的物理刺激。但是，解釋來自眼睛、耳朵和其他感覺器官輸入的相同神經機制也負責我們的夢想、錯覺和記憶失敗。換句話說，真實和想象在大腦中共享一個物理來源。因此，從蘇格拉底那裡吸取教訓：“我所知道的就是我一無所知。”
神經科學家用來理解大腦如何創造現實感的最重要工具之一是視覺錯覺。從歷史上看，藝術家和魔術師都使用錯覺來深入瞭解視覺系統的內部運作。早在科學家研究神經元的特性之前，藝術家們就設計了一系列技術來欺騙大腦，使其認為平坦的畫布是三維的，或者一系列筆觸確實是靜物。
視覺錯覺的定義是物理現實與對物體或事件的主觀感知之間的分離。當我們體驗到視覺錯覺時，我們可能會看到不存在的東西，或者看不到存在的東西。由於感知與現實之間的這種脫節，視覺錯覺展示了大腦可能無法重建物理世界的方式。透過研究這些失敗，我們可以瞭解大腦用來構建視覺體驗的計算方法。
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亮度、顏色、陰影、眼球運動和其他因素會對我們“看到”的東西產生強大的影響。在本系列影像中，我們展示了幾個基本類別的視覺錯覺，以及它們可以教給我們關於大腦感知的知識。
亮度錯覺
在這個由麻省理工學院視覺科學家愛德華·H·阿德爾森創造的錯覺中，方塊 a 和 b 是相同的灰色陰影。（如果您不相信，請剪下兩個方塊並將它們並排放置。）這種眼睛的把戲之所以發生，是因為我們的大腦不會直接感知世界上物體的真實顏色和亮度，而是將給定物體的顏色和亮度與其附近的物體進行比較。例如，當相同的灰色方塊被黑色包圍時，看起來會比被白色包圍時更亮。
另一個例子：當您在室內照明下閱讀頁面上的印刷文字時，頁面上白色空間反射的光量低於陽光直射下黑色字母反射的光量。然而，您的大腦並不真正在意實際的光照水平，而是將字母解釋為黑色，因為無論照明條件如何，它們都比頁面的其餘部分更暗。換句話說，每份報紙也是一種視覺錯覺！
錯覺運動
一些靜止的圖案會產生運動的錯覺感知。如果您在圖形周圍移動眼睛，這種令人不安的效果通常會更強。例如，在日本立命館大學心理學教授北岡明佳創造的這種錯覺中，“蛇”似乎在旋轉。但除了你的眼睛之外，沒有任何東西在真正移動！
如果您將目光 स्थिर地放在每條“蛇”中心的一個黑點上，運動就會減慢甚至停止。因為保持眼睛靜止可以阻止錯誤的運動感，所以必須進行眼球運動才能看到它。視覺科學家已經表明，錯覺運動會啟用與真實運動啟用的大腦區域相似的大腦區域。
上下文中的顏色
杜克大學的博·洛託和戴爾·珀維斯創造的這種錯覺是另一個例子，說明大腦如何在不同的上下文中觀察時以不同的方式感知相同的顏色。立方體頂部的中心棕色方塊與立方體面向觀看者的側面的中心橙色方塊顏色完全相同。後一個方塊看起來是橙色的，因為光線和周圍的方塊使它在人眼中看起來比棕色方塊更亮。
歧義圖形
這束紫羅蘭花包含拿破崙·波拿巴、奧地利的瑪麗·路易絲和他們兒子的面孔。你能從花叢中找到它們嗎？拿破崙崇拜的軍隊給了他“Petit Caporal”或“小伍長”的稱號：他們的領導人身材矮小並沒有阻止他在他的第一次戰役中擊敗四支比他自己的軍隊更大的軍隊。多年後，當波拿巴被流放到厄爾巴島時，他告訴他的朋友們他會帶著紫羅蘭花回來，因此贏得了“紫羅蘭士官，春天歸來的小花”的綽號。當他打破強加給他的流放回到法國時，婦女支持者聚集起來出售紫羅蘭花。她們會問路人，“你喜歡紫羅蘭花嗎？” 回答“oui”表示該人不是同盟者；“eh bien”表示受訪者堅持拿破崙的事業。拿破崙的支持者分發了這幅 1815 年雕刻的複製品。
在像這樣的歧義錯覺中，大腦以兩種不同的方式解釋同一張圖片，這兩種解釋是互斥的。你可以看到兩種可能的影像之一，但不能同時看到兩者。
這些所謂的歧義圖形是分離主觀感知與物理世界的特別強大的工具。物理物件永遠不會改變，但我們的感知會在兩種（或更多）可能的解釋之間交替。由於這個原因，許多實驗室在尋找意識的神經相關性時都使用了歧義錯覺。
形狀扭曲
上面的視覺奇特現象，被稱為咖啡館牆壁錯覺，是在英國布里斯托爾理查德·格雷戈裡心理學實驗室附近一家小餐館的外部發現的。（這張照片是幾個月前拍攝的，顯示格雷戈裡在咖啡館外。）當時格雷戈裡實驗室的成員史蒂夫·辛普森注意到，牆壁上綠色和白色瓷磚之間的平行灌漿線似乎是傾斜的，即使瓷磚實際上是直的。
科學家們使用簡化版的黑白咖啡館牆壁錯覺（上圖，中心）來演示物體或圖案如何呈現出與其真實物理形狀不同的形狀。只有當對比鮮明的黑色和白色“瓷磚”錯開，並且每塊瓷磚都由灰色“灌漿”邊框包圍時，這種錯覺才有效。由於大腦中不同型別的神經元對瓷磚的深淺陰影做出反應，因此灌漿在某些地方顯得較暗，而在另一些地方顯得較亮——大腦將這種對比解釋為傾斜的線條。
與亮度和顏色錯覺一樣，形狀扭曲效應是由物體的實際形狀與附近圖形的形狀之間的相互作用產生的。對於大腦來說，感知通常非常依賴於上下文。
在北岡創造的另一個錯覺中，一塊黑白瓷磚“地板”的圓形部分似乎向觀看者凸出，即使影像中除了完美的正方形之外什麼都沒有——而且所有的地板“瓷磚”大小都相等（上圖，右）。與咖啡館牆壁一樣，這種幾何錯覺是形狀扭曲的一個例子。較小的、對比鮮明的正方形提供了欺騙大腦的上下文。
3D 錯覺
視覺藝術家經常試圖密切模仿現實。畫家透過直觀地使用透視、顏色、光線和陰影來傳達現實、體積或距離的錯覺。當他們成功時，有時很難將藝術品與主題本身區分開來。
老普林尼在他的《博物志》百科全書中講述了古希臘兩位著名畫家澤西斯和帕拉西烏斯之間的傳奇比賽。每位藝術家都帶來了一幅覆蓋著的畫作參加比賽。澤西斯揭開了他的作品：他畫的葡萄非常逼真，以至於鳥兒從天而降啄食它們。澤西斯確信自己會獲勝，於是試圖揭開帕拉西烏斯的畫作，以確認他的作品的優越性。然而，他被打敗了，因為他試圖拉開的窗簾正是帕拉西烏斯自己的畫作。
這種技巧在 trompe l'oeil 中被髮揮到了極致，這是一個法語術語，意思是“欺騙眼睛”。這種攝影現實主義風格最早出現在文藝復興時期，並在 17 世紀在荷蘭蓬勃發展。栩栩如生的圖片有時似乎真的從畫框中跳出來。在科內利烏斯·N·吉斯佈雷希茨 17 世紀的作品《畫家的屬性》中，一幅畫作似乎從畫家的畫架上捲了下來（上圖，左）。
羅馬聖依納爵堂的圓頂（上圖，右）是巴洛克錯覺主義的一個很好的例子。教堂的建築師奧拉齊奧·格拉西最初計劃建造一個圓頂，但在教堂完工前去世，這筆錢被用於其他用途。三十年後，在 1685 年，耶穌會藝術家安德烈亞·波佐被要求在祭壇上方的天花板上畫一個假圓頂。雖然波佐當時已經被認為是透視藝術大師，但他取得的成果簡直令人難以置信。即使在今天，許多教堂參觀者仍然驚訝地發現，壯觀的圓頂不是真實的，而是一種錯覺。
建築師很快意識到，他們可以透過扭曲透視和深度線索來操縱現實，從而創造出違背感知的錯覺結構。需要在小空間裡有一個大房間？沒問題。弗朗切斯科·博羅米尼在羅馬的斯帕達宮（下圖，右）就做到了這一點。博羅米尼創造了壯觀的 trompe l'oeil 錯覺，在一個 28 英尺長的空間裡營造出一條 121 英尺長的庭院畫廊。拱道的盡頭甚至還有一個真人大小的雕塑。其實不是。雕塑看起來像真人大小，但實際上只有兩英尺高。