Iluzje optyczne, czyli jak oczy i mózg nas oszukują

Już na samym początku powiedział, że tak naprawdę otaczający nas świat widzimy … mózgiem. „Widzenie jest określone przez dwa czynniki: wrażenie i postrzeganie. Trudno je rozdzielić, ale możemy przyjąć, że wrażenie to detekcja i kodowanie bodźców wzrokowych, a postrzeganie jest procesem umysłowym polegającym na organizacji, dekodowaniu i interpretacji tych bodźców. Nasz mózg jest w tym postrzeganiu bardzo subiektywny i dlatego całe widzenie mocno zależy od kontekstu”.

Jak się okazuje, przykładów na to jest całe mnóstwo. W zależności od otoczenia różnie odbieramy te same kolory, kształty czy rozmiary. Linie proste wydają się być wybrzuszone, dwa jednakowe okręgi – różne pod względem wielkości, a identyczne, czerwone kwadraciki – raz jawią nam się jako bordowe, innym razem - różowe.

 Czy środkowe koła są identyczne czy różne?

 Krata Hartmanna.

Według definicji, złudzenia (iluzje) są to zjawiska wynikające z błędnej interpretacji obrazu przez mózg. Może być to spowodowane np. grą cieni, kontrastem, różnicami kolorów i innymi czynnikami, które automatycznie wprowadzają mózg w błędny tok myślenia. „Ogólnie iluzje można podzielić na dwie grupy: optyczne i wzrokowe – wyjaśnił dr Jaroszewicz. – Pierwsze z nich powstają na drodze od przedmiotu do siatkówki oka, drugie na drodze od siatkówki do mózgu”.

ZŁUDZENIA OPTYCZNE

Do tej grupy złudzeń zaliczamy np. miraże. „Charakterystyczne jest to, że do wyjaśnienia tego typu zjawisk wystarczą podstawowe prawa fizyki, znane nam jeszcze ze szkoły podstawowej” – tłumaczył naukowiec. Chodzi np. o różnice w kącie załamania promieni światła w zależności od gęstości danego ośrodka, od temperatury itp.

I tak właśnie dzieje się z mirażami. Zjawiska te polegają bowiem na powstawaniu w naszym mózgu pozornego obrazu odległego przedmiotu, na skutek różnych współczynników załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze. Innymi słowy – miraże powstają, kiedy różnica temperatur pomiędzy powietrzem znajdującym się tuż przy powierzchni ziemi a tym, które znajduje się kilka metrów ponad nią, jest duża i długotrwała.

Miraże dzielą się na dwa rodzaje – dolne i górne. Typowy miraż dolny, jak wytłumaczył Jaroszewicz, obserwowany jest np. na asfaltowej szosie podczas upału lub na rozgrzanym piasku pustyni. Powstaje, gdy przy powierzchni ziemi lub wody znajduje się cienka warstwa powietrza cieplejszego niż powyżej. Promienie światła, na skutek różnicy temperatur, zakrzywiane są wówczas ku górze i do oka obserwatora docierają z pozornie innego kierunku, co powoduje powstanie obrazu zwierciadlanego. „Miraże te wyglądają jak odbicie przedmiotu w kałuży wody” – porównał prowadzący.

Miraż górny powstaje z kolei, gdy warstwa powietrza przy powierzchni ziemi jest chłodniejsza od warstw wyższych. Ten typ złudzenia można bardzo często zauważyć nad morzem, gdzie temperatura powietrza jest o wiele mniejsza niż temperatura morza. Promienie odbite ulęgają takiemu zakrzywieniu, iż osoba obserwująca zauważa ich obrazy powyżej linii horyzontu.

ZŁUDZENIA WZROKOWE

Opisane iluzje powstawały w wyniku rzeczywistego działania praw fizyki na otaczający nas świat. Tworzyły się jeszcze „poza nami”, na drodze między przedmiotem a okiem. „Jednak dopiero złudzenia powstające w nas, wewnątrz mózgu, zasługują na miano prawdziwych iluzji wzrokowych – podkreślił Jaroszewicz. – Wynikają z błędnego rozpoznania, do którego dochodzi na skutek niepełnej lub celowo zmienionej informacji. Mają podłoże psychologiczne”. Jak zaznaczył, nie można ich jednak mylić z halucynacjami.

Popularnym przykładem złudzenia wzrokowego jest iluzja księżycowa. Na czym polega? „Księżyc widziany nad horyzontem wydaje nam się 1,5 razy większy, niż kiedy oglądamy go w zenicie” – wytłumaczył fizyk. Jak dodał, do dziś nie znamy dobrego wyjaśnienia tego zjawiska, chociaż po raz pierwszy opisał je już Arystoteles, prawie 200 lat temu! I choć na przestrzeni wieków pojawiło się wiele różnych teorii (np. teoria płaskiego nieba czy teoria perspektywy), żadna nie została powszechnie zaakceptowana. „Tego nie da się wytłumaczyć prawami fizyki. Jest to więc +czyste+ złudzenie wzrokowe”.

Grupa, określana mianem złudzeń optycznych, także nie jest jednorodna; dzieli się na kilka mniejszych podgrup. W jej obrębie naukowcy wyróżniają m.in. złudzenia:

- geometryczne (polegające na błędnej ocenie odległość kątów, kierunków i kształtów),

- barwne (związane z jasnością i barwą tła, np. szary element przybiera odcień dopełniający do barwy tła),

- jasności (gdy przedmiot oglądany na jasnym tle wydaje się ciemniejszy niż ten sam przedmiot na ciemnym tle),

- perspektywiczne (widzimy „zmniejszanie się” na obrazie przedstawianych elementów wraz z ich oddalaniem się od punktu obserwacji),

- irradiacyjne (dotyczące błędnej oceny wielkości przedmiotów, a wynikające z różnicy jasności obserwowanych przedmiotów i tła, np. noga w czarnej pończosze wydaje się szczuplejsza niż w białej).

- ruchowe (wrażenie, że nieruchomy wagon kolejowy, w którym przebywamy, porusza się, podczas gdy w rzeczywistości przesuwa się inny pociąg),

- trójwymiarowości (w wyniku posiadania dwojga oczu, do mózgu docierają dwa obrazy jednego przedmiotu).

Po opisaniu mechanizmów rządzących powstawaniem poszczególnych typów iluzji, dr Jaroszewicz ilustrował je ciekawymi przykładami – zdjęciami lub rysunkami.

 Mylący wpływ perspektywy.

Złudzenie geometryczne.

 Wrażenie ruchu

Wpływ niewłaściwego sąsiedztwa.

SŁABE OGNIWO

W czasie wykładu naukowiec zaryzykował także stwierdzenie, że „słabym ogniwem” naszego ciała jest siatkówka oka. „To jej niedoskonała budowa jest przyczyną wielu złudzeń” - stwierdził. Na potwierdzenie swych słów przytoczył dwa przykłady: plamki ślepej oraz tzw. powidoków.

Plamka ślepa to miejsce na siatkówce, w którym nerw wzrokowy wychodzi z gałki ocznej i biegnie do mózgu. Obszar ten jest całkowicie pozbawiony fotoreceptorów, a więc także zupełnie niewrażliwy na światło i kolory; po prostu „ślepy”. Dlatego łatwo może płatać nam figle. Aby udowodnić widzom, że naprawdę tak jest, dr Jaroszewicz pokazał kilka rysunków, dzięki którym każdy z uczestników mógł z całą pewnością uświadomić sobie, że jest posiadaczem „złośliwej” plamki.

Powidoki (inaczej kontrasty następcze) powstaną zaś, gdy przez pewien czas (20 sekund lub dłużej) będziemy wpatrywać się w jasno oświetlony kształt, a następnie zamkniemy oczy. Wówczas pod powiekami pojawi się na chwilę ten sam (choć lekko zamazany) kształt w barwie dopełniającej. Zjawisko to związane jest ze specyficznym ułożeniem receptorów na siatkówce oka.

Jako podsumowanie swej tezy o niedoskonałości ludzkiego narządu wzroku, Zbigniew Jaroszewicz zacytował słowa żyjącego w XIX wieku niemieckiego fizyka i filozofa, Hermanna von Helmholtza. Uczony ten miał powiedzieć: „Gdyby jakiś optyk chciał mi sprzedać przyrząd posiadający wszystkie te wady (co ludzkie oko), uznałbym za uzasadnione użycie ostrych słów, mówiąc o jego niedociągnięciach w pracy i bezzwłocznie zwróciłbym mu urządzenie. Oczywiście nie uczynię tego ze swoimi oczami i będą zadowolony mogąc tak długo, jak to możliwe, cieszyć się ich posiadaniem, nie zważając na defekty”.

TAJEMNICA MAGICZNEGO OKA

Podczas festiwalowego wykładu dr Jaroszewicz zdradził jeszcze wiele innych tajemnic, związanych z postrzeganiem otaczającego nas świata. O jednej z nich mówił: „Nasz mózg nastawiony jest na rozpoznawanie rysów twarzy ludzkiej. Nawet tam, gdzie w rzeczywistości ich nie ma. Można to zaobserwować na przykład na … Marsie”. Aby nie być gołosłownym, fizyk pokazał gościom zdjęcie powierzchni Czerwonej Planety, wykonane w 1976 roku przez sondę Viking. I problemu udowodnił to co chciał - każdy z uczestników od razu dojrzał na Marsie ludzką twarz!

 Twarz na Marsie



 Twarze są tam, gdzie ich nie ma.

Jednak chyba najciekawszą i najbardziej tajemniczą grupą złudzeń, o których usłyszeli festiwalowi goście, były tzw. obrazki magicznego oka. Ich istnienie, zdaniem Jaroszewicza, związane jest posiadaniem przez nas parzystego, a nie pojedynczego, narządu wzroku. A ponieważ oczy człowieka osadzone są w odległości kilku centymetrów od siebie, każde z nich „patrzy” na świat z nieco innej perspektywy i przesyła do mózgu inny obraz. I dopiero tutaj „sklejane” są one w jeden, już trójwymiarowy.

Właściwość tą wykorzystują m.in. twórcy niezwykłych książeczek, zawierających kolorowe rysunki, zwane popularnie „obrazkami magicznego oka”, a fachowo stereogramami. Ryciny te, będące najczęściej plątaniną drobnych geometrycznych figur, istnieją wyłącznie na papierze; są więc dwuwymiarowe, płaskie. Jednak dzięki zastosowaniu odpowiednich technik patrzenia, zaczynają jawić się nam jako trójwymiarowe.

Dlaczego? „Właśnie dlatego, że mamy dwoje oczu. I że dwuwymiarowe obrazy tego samego przedmiotu, pokazywane pod różnymi kątami, docierają jednocześnie do prawego i lewego oka - wyjaśnił dr Jaroszewicz. - W rezultacie powstaje wrażenie przestrzennej głębi”.

 Magiczne oko.



 Magiczne oko.

Na zakończenie wykładu prowadzący przedstawił gościom zagadkę:

Skąd się bierze ten kwadracik?


I tak ich pozostawił...

PAP – Nauka w Polsce, Katarzyna Czechowicz

bsz