视错觉：窥探大脑奥秘的窗口

　　每年在佛罗里达召开的视觉科学年会（VSS，VisualScienceSociety）上，都会评出当年最出色的十大视觉错觉。许多视觉科学研究者、神经科学爱好者、平面设计艺术家蜂拥而至，热闹非凡。

　　俗话说：眼睛是心灵的窗口。人们常说眼见为实，用来形容一个物体或者一件事情只有亲眼看见了才相信它是真的。但是却有那么一类图形长期流传于网络、报刊，能够瞒天过海般的骗过你的眼睛，让你觉得自己似乎变傻了。即便是你知道了其中的玄机，却也无论如何也无法说服自己的眼睛，它们就是视觉错觉。

　　下面让我们欣赏一下几个惊艳的视觉错觉。

　　图1中呈现的棋盘格亮度错觉中，A、B两块区域的亮度实际上是相同的，但是将它们放置于不同的图形环境下，人们会依据视觉经验感觉到不同的亮度。同样的亮度的物体，呈现在阴影中的时候，我们会感觉到它更亮一些，而在光照丰富的环境中，我们会感觉到它更暗一些。

　　图1棋盘格亮度错觉。如图A中，A，B两块区域的颜色看起来有很大的亮度差异，但是将两块区域连通起来之后，会发现两块区域的亮度是一致的。（图片来源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Grey_square_optical_illusion.svg）

　　图2水彩错觉。人们会感觉到被黄色线条包围的部分的颜色要比周围白纸的颜色更黄一些，实际上二者的颜色是相同的。（图片来源：https://en.wikipedia.org/wiki/File:PinnaScholarpediaFig1.png）图2水彩错觉。人们会感觉到被黄色线条包围的部分的颜色要比周围白纸的颜色更黄一些，实际上二者的颜色是相同的。（图片来源：https://en.wikipedia.org/wiki/File:PinnaScholarpediaFig1.png）

　　图3著名的Pinna旋转运动错觉。当人注视图片中心黑点，头部靠近（或远离）屏幕时，会很明显地感受到两个圆环在分别以逆时针和顺时针（或顺时针和逆时针）方向旋转，但事实上圆环并没有任何物理移动。(王伟组绘制)

　　是我们的眼睛出问题了吗？

　　首先要简单介绍一下我们的视觉系统：如图6所示，我们的视觉系统由暴露在外的眼球，视神经和视觉皮层所组成。我们的眼睛是外部图像进入视觉系统的第一个环节，光学信号在视网膜上被转换成电信号，通过视神经传入视皮层的神经元海洋之中。眼球是一部全自动聚焦成像图像采集系统，在性能上超越目前世界上任何一部数码相机。眼球上即使很小的损伤都会引起严重的视力问题，最普遍的就是近视眼、老花眼。还有些类似错觉感觉的疾病，如有些人眼睛由于玻璃体浑浊而出现‘飞蚊症’，还有些人由于视网膜上缺乏相应的感光色素细胞而出现‘色盲’或者‘色弱’。这些病理性的异常都会对患者的正常生活产生严重的影响。

　　上面的这些错觉图形，一开始就是视力正常的人们所设计出来的，随后正是由于大家觉得这些图形轻而易举的就欺骗了他们的眼睛而引起广泛兴趣，并不断传播开来。而眼睛出现损伤或者发育异常，往往导致严重的视觉感知障碍。因此，从统计学意义上来讲，我们的眼睛是正常的。让我们更加精确的定义一下视觉错觉:人们的主观感觉与图形的物理参数不匹配的现象。这种感觉与实际不匹配的现象，在绝大多数情况下，并不会对事主的生活造成不良影响。

　　图4两种由于眼部病变导致的视物不真。A右图为色盲患者眼中的世界。B飞蚊症患者由于眼中出现病变，导致看到的图像中有类似运动的悬浮物体。

　　图5人的视觉系统：人眼的解剖结构以及视皮层的信息流（孙新尧绘制，修改自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Schematic_diagram_of_the_human_eye_zh-hans.svg）

　　大脑的bug？

　　既然我们的眼睛是好的，视觉通路又都是好的，那么为什么在错觉图形的条件下我们无法真实的感知外部图像呢？难道这是我们的视觉皮层在进化中出现的漏洞？关于这个问题，目前还没有一个统一的解释。我们已知外部世界的图像通过眼睛的折光系统投射到视网膜上这一步骤是十分忠实于光学原理的。但是当外部图像在视网膜上被转换成电信号并进入大脑之后，皮层对于图像信息进行了进一步的解读。这种解读模式，在经过了亿万年的进化之后，必然是以一种最“接地气”、最“懂”这个世界的方式进行的。

　　比如由于红绿拮抗神经元的存在，导致红花衬托在绿叶上面格外鲜艳、红橙色的果实在自然界中占据大多数；由于我们的大脑会存在‘填补效应’，一个人的身体被遮挡住了一部分，我们并不会认为这个人的身体少了一块；由于大脑中存在专门负责面部识别的脑区，人们对于脸部识别更加敏感。自然界中的图像，由于受太阳照射、重力、水流、气流等因素的影响，总是以一种特定的形态存在，这也将视觉系统塑造成了擅长于处理这类视觉图形。而错觉图形都是人们通过精心构思设计出来的，在自然界中几乎很少存在这样的图案，而我们的视觉系统作为一种进化的产物，初次遇到这样的图形会用它固有的方式去理解，就会出现类似‘理解偏差’的现象，是我们的大脑对于图像的一种固有信息提取方式在遇到新情况下的体现，也可以理解成为一种大脑进化不够完美而出现的bug。

　　视觉错觉现象是好是坏？