Не вірте своїм очам: Путівник по оптичним ілюзіям

1. Класичні оптичні ілюзії
2. Ілюзія сприйняття відносних розмірів
3. Ілюзія сприйняття глибини
4. «Чарівні» лінії Мюллера-Лайера
5. загадка Гельмгольца
6. Ілюзії в XX-му столітті
7. Ілюзії нашого часу
8. Куб Неккера і інші «капризи» мозку
9. Нові уявлення про ілюзії

Спробуйте уявити, що еволюція життя на планеті пішла іншим шляхом і тварини (в тому числі і ми з вами) не змогли обзавестися таким почуттям, як зір. Не виходить?

Не дивно - ми так звикли покладатися на свої очі, що навіть не можемо уявити собі, яким би був навколишній світ без оптичної складової. При всій важливості зору, воно не так вже зовсім - скажімо, деякі поєднання сигналів здатні «перехитрити» мозок (як відомо, «бачимо» ми нейронами, а не очима), змусивши людину плутатися в розмірах предметів або вгадувати «рух» в статичному зображенні . Тепер, увага! Сядьте зручніше, «вимкніть» все почуття крім зору і зосередьтеся на екрані - мова піде про оптичні ілюзії .

Класичні оптичні ілюзії

Історія оптичних ілюзій налічує не одну тисячу років, ще в 350 році до нашої ери Аристотель писав: «Нашим почуттям можна довіряти, але їх все ж легко обдурити». Великий мислитель зауважив, що якщо деякий час дивитися на водоспад, а потім перевести погляд на нерухомий гірський схил, може здатися, ніби скелі рухаються в напрямку, протилежному потоку. Сучасні дослідники називають цей оптичний феномен ефектом післядії руху або ілюзією водоспаду.

Коли ми спостерігаємо за потоком води, частина нейронів в нашому мозку адаптується до односпрямованому переміщенню світлових сигналів, в результаті, дивлячись після водоспаду на статичний об'єкт, ми деякий час продовжуємо «бачити» рух, тільки в зворотному напрямку.

Ілюзія сприйняття відносних розмірів

У XIX-му столітті почалося активне вивчення властивостей сприйняття і особливостей органів почуттів людини. Саме тоді дослідниками були розроблені оптичні ілюзії, які зараз вважаються класичними, в першу чергу - ілюзія Еббінгауза.

Навіть якщо ви не дуже цікавитеся історією психології, вона вам напевно знайома, погляньте на малюнок. Ви, звичайно, розумієте, що розміри помаранчевих кіл однакові, так як бачили такі ілюзії тисячу разів, але очі як і раніше вам брешуть - на частки секунди виникає відчуття, вони все-таки різні. Мозок людини визначає розміри предметів і зображень, виходячи з величини суміжних об'єктів і неминуче потрапляє в пастку - на тлі великих чорних кіл помаранчевий здається меншим, ніж поруч з маленькими кружками.

Ілюзія сприйняття глибини

Італійський психолог Маріо Понці на початку XX-го століття одним з перших серед учених продемонстрував світові, що на сприйняття розмірів предметів впливають не тільки суміжні об'єкти, але і глибина фону. Італієць розробив класичну ілюзію, яка зараз носить його ім'я.

Ілюзія Понці виглядає дуже просто - між двома похилими лініями розташовані дві однакові горизонтальні, при цьому одна з них сприймається, як більш довга. Похилі лінії створюють перспективу, мозок вважає, що верхня горизонтальна лінія розташована «далі», ніж нижня і робить поправку на «відстань» - за рахунок цього і виникає цікавий ефект.

«Чарівні» лінії Мюллера-Лайера

Інша хрестоматійна оптична ілюзія, якої більше ста років - ілюзія Мюллера-Лайера. Її суть також досить проста - на малюнку зображено лінії зі стрілками на кінцях, більшою здається та, що обрамлена «хвостами» стріл.

Вчені до цих пір сперечаються про механізм виникнення ілюзії, в даний час найбільш популярна наступна трактування. Три сходяться лінії мозок інтерпретує як частини тривимірного об'єкту, при цьому лінії, що утворюють «вістря» сприймаються як більш близький об'єкт (скажімо, кут будівлі при погляді зовні). «Хвостові» стрілки в свою чергу, створюють ілюзію віддаленого об'єкта ( «кут кімнати»). Як і у випадку з ілюзією Понці, мозок «компенсує відстань» до об'єкта, в результаті чого лінії бачаться різними.

загадка Гельмгольца

Сюрпризи мозку підносять не тільки сходяться лінії, а й паралельні вертикальні або горизонтальні. В кінці XIX-го століття німецький фізик і фізіолог Герман фон Гельмгольц показав, що розкреслений горизонтальними лініями квадрат виглядає ширше і нижче, ніж точно такий же, але складений з вертикальних ліній.

Відкритий Гельмгольцом феномен широко використовується у виробництві одягу, однак всупереч поширеній помилці, горизонтальні смужки на светрах і сукнях не "повнять», а строго навпаки - візуально роблять фігуру вже і вище. У модних глянцевих журналу часто зустрічаються поради на кшталт: «Носіть одяг з вертикальними смужками, щоб виглядати стрункіше», проте наука безжально це спростовує. Погляньте на ілюзію Гельмгольца і самі переконаєтеся в тому, що ефект прямо протилежний.

Варто зазначити, що цей оптичний обман вивчений вздовж і впоперек, проте вчені поки не можуть прийти до єдиної думки про механізми його виникнення.

Класичні ранні ілюзії перевернули уявлення людей про навколишній світ - як виявилося, «вірити своїм очам» можна далеко не завжди. Ніколас Уйед, фахівець з історії оптичних ілюзій з університету Данді (Шотландія) впевнений, що обмани зору зіграли помітну роль у вивченні властивостей сприйняття: «Створюючи ілюзії, вчені усвідомили, що навіть розуміння механізму роботи очей не дає цілісного уявлення про природу зору». Уейд зазначає, що піонери створення оптичних ілюзій робили спроби об'єднати їх однією загальною теорією, проте вони не увінчалися успіхом. Як пізніше виявилося, реакції людського мозку на оптичні ілюзії набагато складніше і різноманітніше, ніж бачилося дослідникам на рубежі XIX-го і XX-го століть.

Ілюзії в XX-му столітті

У «століття воєн і революцій» людство стало свідком безлічі проривів в уявленнях про природу оптичних ілюзій. Досягнення науки і техніки дали фахівцям можливість інакше поглянути на проблему. Скажімо, експерименти Торстена Визеля і Девіда Хьюбела довели, що за сприйняття різних зон зорового поля відповідають різні нейрони - за це відкриття дослідникам в 1981-му році вручили Нобелівську премію з медицини.

Трохи пізніше вчених за зорові спотворення взялися художники - в 1950-х роках з'явився цілий напрям в мистецтві, присвячене оптичним ілюзіям, воно отримало назву оп-арт (від англ. Optical art - «оптичне мистецтво»). Одним з основоположників оп-арту вважається французький художник і скульптор Віктор Вазарелі, його роботи часто наводять як яскравих прикладів оптичних ілюзій.

Ілюзії нашого часу

На початку XXI-го століття інтерес до зорових спотворень продовжує зростати - з'являються нові наукові теорії, за допомогою яких вчені намагаються пояснити механізми виникнення оптичних ілюзій. Згідно з однією з них, спотворення відбуваються через те, що людський мозок постійно «пророкує» зображення, щоб компенсувати затримку між самою подією і моментом його сприйняття. Для прикладу - поки ви читаєте цю статтю, ваш мозок обробляє світлові сигнали, що надходять від комп'ютерного монітора або екрана гаджета. На це потрібен певний час, тому ви в деякому роді бачите не справжнє, а минуле.

Нейробіолог Марк Чангізі вважає, що саме спробами мозку «передбачити» картинку пояснюються деякі зорові спотворення.

Експерименти Чангізі і його колег з Каліфорнійського технологічного інституту показують, що цієї теорії не суперечить ні одна з класичних оптичних ілюзій. У числі найбільш показових прикладів «передбачення» зображення мозком Чангізі називає знамениту ілюзію Герінга. Коли людина рухається вперед, видимі їм об'єкти рухаються по радіальних лініях, тому мозок схильний сприймати подібні зображення як ознака переміщення в просторі. «Ці механізми відмінно працюють в реальному житті, але вони ж змушують мозок помилятися, коли людина бачить радіальні лінії і при цьому залишається на місці» - зазначає дослідник.

Куб Неккера і інші «капризи» мозку

Винахід магнітно-резонансної томографії стало справжнім подарунком для дослідників оптичних ілюзій - наука нарешті змогла хоча б в загальних рисах зрозуміти, що відбувається в мозку людини при їх сприйнятті. Так, вивчаючи мозкову діяльність людини, дивиться на куб Неккера, вчені зробили висновок, що мозок неоднозначно сприймає глибину зображення. Нейрони ніби «сперечаються» між собою, яку картинку слід вважати «істинної», в результаті спостерігач бачить куб то в одному положенні, то в іншому.

Схожим чином справа йде і з іншою відомою оптичною ілюзією - так званої сіткою Германа. Погляньте на зображення - боковим зором ви «бачите» сірі точки на перетині білих ліній, але варто сфокусувати погляд на одній «сірої точці», як вона тут же «зникає». Відповідно до одного з найбільш популярних серед вчених пояснень цього явища, серед нейронів йде безперервна «боротьба» за обробку темних і світлих ділянок зображення, що і змушує людину «помічати» мерехтливі точки.

Нові уявлення про ілюзії

Завдяки сучасним методам досліджень людство знає, що за сприйняття відтінків кольору, форм предметів і їх переміщення в просторі відповідають різні ділянки мозку, але яким чином ми отримуємо цілісне зображення, багато в чому залишається загадкою. Ентузіасти розробляють все нові і нові способи обдурити зір, переосмислюючи і доповнюючи класичні ілюзії. Дивлячись на них, ми старанно «дозволяємо» власним мозку ввести нас в оману, а в результаті утворюється більше питань, ніж відповідей.

У наш час інтерес до проблеми настільки високий, що на протязі ось вже десяти років фахівці щорічно проводять конкурс на кращу оптичну ілюзію. Скажімо, в 2014-му році цю нагороду отримала динамічна ілюзія Еббінгауза, яка набагато переконливіше обманює зір, ніж класичний статичний варіант. За словами невролога Сюзанни Мартінес-Конде, що входить до складу журі конкурсу, за рахунок постійної зміни розмірів суміжних об'єктів ефект нової ілюзії в кілька разів сильніше, ніж у нерухомих зображень, запропонованого Германом Еббінгаузом.

Мартінес-Конде визнає, що більшість сучасних досліджень оптичних ілюзій грунтується на роботі, виконаної вченими XIX-го століття. Скажімо, Герман Гельмгольц першим зрозумів, що людські очі постійно здійснюють швидкі узгоджені рухи, так звані саккади. Щоб зрозуміти про що мова, закрийте одне око і злегка натисніть пальцем на нижню повіку іншого - «картинка», яку бачить ваш мозок тут же прийде в рух. У звичайному житті ми не помічаємо цих мікроскопічних «посмикувань», тому що мозок давним-давно навчився згладжувати зображення, але коли він стикається з незвичною ситуацією (механічний вплив на очне яблуко), саккади проявляють себе у всій красі.

На думку Сюзанни, саме саккади грають ключову роль в знаменитій ілюзії «обертаються змії», яку розробив японський психіатр Акіоші Кітаока. В ході експериментів зі «Зміями» Мартінес-Конде і її колеги з'ясували, що при погляді на ілюзію активізуються ті ж нейрони, що і при погляді з вікна швидко потяга, коли здається, що пейзаж «їде повз», а не навпаки. При цьому, якщо за допомогою деяких хитрощів змусити спостерігача припинити саккади, ілюзія зникає.

Невролог пояснює це наступним чином: видимість руху під «Обертових змій» створюється за рахунок великої кількості оптичної інформації, що надходить в різні ділянки сітківки очей. Певне поєднання світлових сигналів обманює мозок, змушуючи його сприймати статичне зображення, як динамічний. Саккади постійно оновлюють «картинку», не даючи мозку адаптуватися до неї, якщо ж вони припиняються, через деякий час йде і ілюзія руху.

Як і багато інших фахівців з оптичним ілюзіям, Сюзанна Мартінес-Конде впевнена - далеко не всі механізми зорового сприйняття відкриті, а ті, що вже відомі, поки не дуже добре вивчені. Це означає тільки одне - не варто сліпо вірити своїм очам, вони вас ще не раз обдурять.

Читайте також: 20 приголомшливих оптичних ілюзій, що підривають мозок