I (totally) thought 〜
→とてもシンプルですが単に「勘違いした」という表現が日常の会話の中では自然な気がします。その場合は"misunderstand:誤解する"という単語を使うこともできますが、上にあげた例文のように「〜と思った」「てっきり〜だと思った」のように言うこともできます!
When my friend said "why don't we split the bill for Potato S?", my brain recognized the sentence as "why don't we split the bill for Potato L?"
学生時代にテストでうまく回答できなかった言い訳として、「I studied hard last night, so my brain caused damages.」と言っていたので、それに近いニュアンスで訳してみました。
<Vocabulary>
sprit the bill: 割り勘にする go Dutchよりこちらが一般的かと思います。
recognize A as B: AをBと認識する。
ご参考になさってみてください!