为什么这幅画会产生这样的神奇效果?在10年前出版的美国《科学》杂志上，哈佛医学院的神经生物学家玛格丽特·利文斯通对此给出了解释。她认为，与其说蒙娜丽莎的神秘微笑与画家的绘画技巧有关，倒不如说它与眼睛的错位有关。
利文斯通博士说，蒙娜丽莎的微笑时隐时现，是与人与体视觉系统有关，而不是因为画中人表情神秘莫测。作为视觉神经活动方面的权威，利文斯通主要研究眼睛与大脑对不同对比和光暗的反应。利文斯通说：“笑容忽隐忽现，是由于观看者改变了眼睛位置。”她表示，人类的眼睛内有两个不同部分接收影像。中央部分(即视网膜上的浅窝)负责分辨颜色、细致印记。环绕浅窝的外围部分则留意黑白、动作和阴影。据利文斯通说，当人们看着一张脸时，眼睛多数集中注视对方的双眼。假如人们的中央视觉放在蒙娜丽莎的双眼，较不准确的外围视觉便会落在她的嘴巴上。由于外围视觉并不注重细微之处，无形中突出了颧骨部位的阴影。如此一来，笑容的弧度便显得更加大了。不过，当眼睛直视蒙娜丽莎的嘴巴，中央视觉便不会看到阴影。利文斯通说：“如果看着她的嘴巴，使得我们永远无法捕捉她的笑容。”蒙娜丽莎的笑容若隐若现，源于人们的目光不断转移。利文斯通也指出，若要临摹《蒙娜丽莎》，描绘口部时便要望着别处。
从科学的角度看是与人类视觉系统的构造有关，从艺术角度认为她的微笑并非幸福，更不是美丽，于是人们乐此不疲地用不同的故事来追索着达芬奇的密码。
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在1993年，加拿大美术史家苏珊·吉鲁就公布了一项令人震惊的研究成果。她说蒙娜丽莎那倾倒无数观赏者的口唇，是一个男子裸露的脊背。这一论断既新鲜又荒诞，然而论证却是有力的。集画家、雕刻家、建筑师、工程师及科学家等多种才艺于一身的达·芬奇，可谓是个“怪杰”。他喜欢穿粉红色外套，在胡须上毫无顾忌地涂上五颜六色，还常称自己解剖过不下30具死尸。他还是个左撇子，习惯从右到左倒着书写，别人要借助镜子才能读出他写的东西。因此借助镜子亦不失为欣赏者读画的一种方法。旋转90度后从镜中看蒙娜丽莎抿着的笑唇，恰好是一个背部线条分明的结实男性脊背以及左臂和肘部的一角;再说，表现人与体美和呼唤人性的觉醒，既是大师的人生哲学，又是他的艺术观。
画中，左边的地平线比右边的低，蒙娜丽莎的左侧看上去比右侧大。历史上左边代表女性，体现达·芬奇崇拜女性。
因此，贝尔实验室的莉莲·施瓦茨有一天忽发奇想，在电脑上将《蒙娜丽莎》与达·芬奇的自画像相重叠，发现二者的眼睛、发际线与鼻子等轮廓竟然能够完全重合。施瓦茨最终得出结论，《蒙娜丽莎》就是达·芬奇的自画像。至于达·芬奇为什么要把自己画进一个永恒的女性形象，一种解释是因为他要用这种方式隐晦地挑战以基督教为代表的西方男性霸权话语。蒙娜丽莎是一个雌雄合体，这是达·芬奇心目中人性最理想的结合方式，男人和女人平等地融合在一起。从字源上来看，古埃及的生殖男神叫Amon，生殖女神叫Lisa，稍微玩一点变体的游戏，合在一起就变成了MonaLisa。
真伪之谜
在《蒙娜丽莎》的故乡意大利，拥有无法估量的艺术宝藏，却不曾拥有《蒙娜丽莎》，不能不说是巨大遗憾。这是世界上拥有最多发烧友的一幅画，不仅艺术界，单就政界要员对她的迷恋就令人诧异：大名鼎鼎的戴高乐总统每当心绪烦躁时，必驱车前往卢浮宫欣赏《蒙娜丽莎》，出来后便满面春风，原先的烦恼荡然无存，而邱吉尔晚年有幸亲抚《蒙娜丽莎》时，竟无法控制颤抖的手指。