你有没有想过这样一个问题：我们是如何看到这个世界的？从教科书里我们早早知道，光线进入眼睛后会被水晶体折射，最终在视网膜上成像。但很少有人意识到一个令人惊讶的事实：这个成像竟然是上下左右颠倒的。
设想一下，如果你的眼睛像相机一样直接记录图像，那么你应该看到的是一个上下颠倒的世界。可是，我们并没有这样的体验。我们看到的桌子还是在下方，天花板仍在上方，左右方向也没出错。这不禁让人疑惑：是大脑把图像翻了回来了吗？还是我们从一开始就被大脑骗了？
能看到颠倒的世界吗（图片来源：作者拍摄）
科学家对这个问题的研究可以追溯到19世纪。当时的实验结果告诉我们：眼睛的确看到的是一个倒置的世界，但我们之所以不觉得奇怪，是因为大脑“懂得”如何解读这幅图像。
视觉系统的光学基础——视网膜上的倒立像
首先，光线先后穿过角膜、房水、瞳孔和晶状体。这些结构不仅透明，更有高度精准的屈光能力，负责将外界来的光线聚焦于视网膜上。尤其是晶状体，它能根据物体的远近自动调节弯曲度，确保成像清晰。
然而，在这个成像过程中，光线会发生一个不可避免的现象——倒像。原因在于，当光线穿过凸透镜如晶状体，会发生会聚并交叉，于是来自物体上方的光线被折射到视网膜的下方，来自物体下方的光线则投射到视网膜的上方。左右方向也同样发生了交叉。因此，最终在视网膜上形成的图像是上下左右都颠倒的。
这一现象并不独特于人类的眼睛，所有使用凸透镜成像的光学系统——无论是照相机、显微镜还是望远镜——都遵循同样的物理规律。
人眼示意图（图片来源：作者拍摄）
但奇妙的是，我们并没有看到倒立的世界。你不会觉得房间是倒着悬挂的，也不会感觉朋友是倒立站着的。那么问题来了：是大脑自动把图像翻过来了吗？还是我们根本不需要图像翻转就能正确感知世界？
大脑如何“理解”这些倒立的图像？
尽管眼睛把世界颠倒投射到视网膜上，但我们却始终感知一个正立的世界。这其中的秘密，藏在我们大脑的神经网络之中。
视觉的本质，并不是照相式的记录，而是神经编码。光在视网膜上的成像会激活特定区域的感光细胞，这些细胞将光信号转化为电信号，沿视神经传输至大脑后部的初级视觉皮层。但在这里，大脑并没有一块“显示器”去播放图像。相反，它通过一系列复杂的神经活动，将信号拆解为颜色、边缘、运动方向等基本元素，并再重建为我们所“看到”的世界。
有趣的是，大脑并不会主动去翻转图像，因为这在生物进化上并非必要。正如视觉科学家所指出的：感知世界的关键，不在于图像是否“正立”，而在于我们是否能正确识别物体之间的相对空间关系。
例如，当你抬头望天，哪怕天是在视网膜下方成像，你仍然知道那是上方的天空。因为你的大脑已经学会将图像位置与身体姿态、重力方向、行为反馈综合起来解读。这一过程，类似于大脑内部维持了一套稳定的空间参考系统。正因为如此，哪怕感光图像颠倒，只要所有空间线索保持一致，我们依然可以正确导航、抓取、避让甚至阅读文字。
第一位“生活在倒立世界”的人类
早在1896年，美国心理学家乔治·斯特拉特顿（George M. Stratton）便开展了著名的“倒像实验”。他设计了一副特殊的镜片，将进入眼睛的图像上下完全翻转，让视网膜上的图像变为“正立”而非自然的“倒立”。这听起来似乎更正常，但实际上却造成了极大的认知混乱。
看倒立世界的眼镜（图片来源：参考文献[1]）
在实验的最初几天，他看到的一切都是颠倒的：手从上方伸入视野，天花板像地板一样在脚下。他的动作笨拙，方向判断频频出错，拿错物体、走错路屡见不鲜。更有趣的是，他虽然看见了一种新图像，但大脑却不断把这种视觉翻译成原有的习惯坐标。
但就在持续佩戴倒像镜片三天后，斯特拉特顿逐渐开始适应。他的身体动作变得协调，视觉图像不再感觉虚幻或错位，而是重新建立起了稳定的空间感知。 他甚至报告称，在某些时刻，世界看起来完全正常，而他自己反而像是倒立着看这个世界。这种错觉表明：大脑不是被动接受图像，而是会主动重建感知世界的结构。
20世纪中期，奥地利因斯布鲁克大学的心理学家Theodor Erismann 与 Ivo Kohler 将这一研究推向了高潮。他们让实验参与者佩戴能颠倒图像的棱镜眼镜，并长时间持续生活在这个“颠倒世界”中，最长甚至超过120天。
Theodor Erismann 与 Ivo Kohler（图片来源：参考文献[1]）
研究发现，适应大致分为三个阶段：在佩戴倒像眼镜的最初几天，参与者普遍出现严重的空间混乱，动作失调，方向判断频频出错；但随着触觉探索和主动运动的持续介入，大脑逐渐建立起对颠倒视觉的适应机制，感知开始“重校”；一周左右，大多数人已能在倒像世界中正常生活，甚至完成写字、画画、骑车等复杂行为，表现与未佩戴者无异。
实验也发现，当这些眼镜被摘下时，世界会短暂地“倒置”回来——这被称为负后效应，说明大脑的“适应”是真实而深入的。
大脑如何建构“现实”世界
我们看到的并非现实本身，而是大脑基于感官输入主动建构的结果。视觉系统并不在意图像是否倒立，而是整合图像特征、身体感觉、运动反馈等信息，构建出稳定的空间认知。
倒像实验表明，大脑具有高度可塑性，能在几天内重新组织感知系统，使人适应完全颠倒的视觉输入。功能磁共振成像研究也发现，这种适应伴随多个脑区（如视觉皮层、顶叶、前额叶等）活动模式的变化，并受基因因素（如BDNF多态性）影响。
这些研究共同揭示：感知是一种深度整合的认知产物，是大脑对经验与环境的动态“解释”，而非简单的图像接收。是否“看懂世界”，取决于我们能否将视觉与身体经验成功匹配，而非图像是否正立。
总结
我们的眼睛看到的是倒立的图像，但我们感知的世界却是正立的。这并不是因为大脑“翻转了图像”，而是因为它学会了如何解读、整合与构建——感知不是被动的接收，而是主动的理解。大脑的塑造能力远超我们的直觉，它不拘泥于图像的方向，而追求感知的协调。
介绍：你知道吗？我们眼睛看到的图像其实是上下左右颠倒的！那为何我们感知的世界却是正立的？这篇文章带你探索从视网膜成像到大脑“重建现实”的奥秘，并回顾科学家让人“生活在颠倒世界”的经典实验，揭示感知本质。
作者：作者：Denovo科普团队（李一岚 博士、北京理工大学工程师；杨超博士）
审核：赵宝锋 博士、辽宁生命科学学会会员
参考文献：
[1] Stratton, George M. "Some preliminary experiments on vision without inversion of the retinal image." Psychological review 3.6 (1896): 611.
[2] Sachse, Pierre, et al. "“The world is upside down”–The Innsbruck goggle experiments of Theodor Erismann (1883–1961) and Ivo Kohler (1915–1985)." Cortex 92 (2017): 222-232.