Анна Кириченко 
Что такое оптическая иллюзия?
Если коротко, то оптическая иллюзия - это искаженное восприятие реальности, которую мы наблюдаем и оцениваем с помощью органов зрения. Причин возникновения иллюзий может быть множество: от физических (как, например, "сломанная" ложка в стакане с водой) до медицинских (вследствие приема препаратов, вызывающих галлюцинации). Одними из наиболее распространенных являются "ошибки" восприятия цвета, пространства и движения.
Популярные примеры оптических иллюзий
На самом деле, существует бесконечно много примеров заблуждения зрения, с которыми каждый сталкивался хотя бы раз в жизни. Сюда можно отнести склонность распознавать знакомые силуэты в облаках или же такое оптическое явление, как радуга. Но рассмотрим примеры, на которые вы могли наткнуться в интернете.
Танцовщица
Многие из вас, наверное, видели иллюзию танцовщицы, которая движется как по часовой стрелке, так и против нее - каждый это видит по-своему. У некоторых фигурка постоянно меняет свое направление движения. Однако подавляющее большинство людей видит движение именно по часовой стрелке. В интернете этот феномен еще известен, как тест на работу полушарий мозга, который якобы показывает, какое из них является доминантным у человека. Но эта теория так и не нашла своего подтверждения.
"Рисовые волны"
Это цветная картинка, на которой изображены зерна риса, расположенные в определенном порядке. Образованные узоры и игра светотени вместе создают ощущение, будто картинка движется. Хотя не все наблюдают такое явление. По оценкам, около 5% людей видят картинку статичной.
Склонисьстакан дорога
Перед нами две фотографии улицы с изображенной в перспективе дорогой. Кажется, что фото сделаны с немного разных ракурсов, хотя на самом деле это два абсолютно одинаковых изображения. Эффект склона достигается благодаря тому, что они находятся рядом. Однако если разместить фото друг под другом, все станет на свои места.
До сих пор считалось, что заблуждение зрения возникает тогда, когда мозг "домысливает" детали, которые не видят наши глаза. Однако последние исследования свидетельствуют о другом.
Что по этому поводу говорить наука?
Последние достижения по нейробиологии свидетельствуют о том, что большинство оптических иллюзий вызвано именно анатомической ограниченностью в работе глаза и зрительного нерва, а не более сложными психофизиологическими процессами, как считалось ранее. Об этом говорится в результатах исследования, опубликованного в научном журнале Computational Biology.
Такой вывод Джолион Тросянко и Дэниел Осорио, ученые из Университета Эксетера (Англия), сделали на основе анализа 52 феноменов восприятия, которые объясняют механизм видения. Для этого они создали компьютерную модель, которая имитирует человеческое зрение. Модель получила название Spatiochromatic Bandwidth Limited (далее - SBL) model, или "пространственно-хроматическая модель ограниченной пропускной способности". Термин "пространственно-хроматический" означает, что для визуального анализа объекта используются данные о его положении в пространстве, а также его цветовые (хроматические) свойства, такие как тон, освещенность и насыщенность. Под "пропускной способностью" подразумевается тот объем информации, который наш мозг может обрабатывать одновременно.
Эта модель использует компьютерный код, который позволяет обрабатывать отдельные участки изображения с той же скоростью, что и человеческий мозг. То есть более совершенную технологию искусственно ограничили, чтобы она как можно лучше соответствовала нашим собственным визуальным возможностям. Ученые утверждают, что такой подход является новаторским, ведь раньше никто не рассматривал влияние ограниченной пропускной способности глаза на визуальную обработку изображения.
Коротко об анатомии зрение
Человеческий глаз - удивительно сложный оптический механизм, который с помощью многих "компонентов" способен поглощать свет и передавать его в мозг в виде нервных импульсов для их дальнейшей интерпретации. Этот парный орган помогает нам собирать информацию об окружающем мире, оценивать изменения вокруг и соответственно реагировать на них. Все эти процессы очень похожи на компьютерные вычисления.
Роговица и хрусталик работают в паре, преломляя и фокусируя поступающий поток света, когда он попадает в зрачок. Радужная оболочка глаза, то есть его цветная часть, регулирует количество света и контролирует размер зрачка. Полученный свет фокусируется на сетчатке - задней поверхности глаза, которая отвечает за передачу сигналов в мозг. Сетчатка состоит из двух типов светочувствительных рецепторов: палочек и колбочек. Палочки имеют высокую фоточувствительность и отвечают за видение при слабом освещении. А вот колбочки лучше всего реагируют на яркий свет и участвуют в цветовом восприятии. Когда свет попадает в глаз, он поглощается этими двумя фоторецепторами, а дальше по зрительному нерву передается в мозг в виде электрических сигналов.
Анатомические причины оптических иллюзий
Однако и эта, на первый взгляд, идеальная система имеет свои несовершенства, которые могут привести к искаженному восприятию реальности. Прежде всего, нужно помнить, что глаза - это парный орган. Это означает, что каждый глаз по отдельности смотрит на мир под немного другим углом. Кроме того, глаза нестатичны, они постоянно двигаются, поэтому и сканирование окружающей среды происходит в динамике. Не следует забывать и о том, что человек моргает до 15 раз в минуту, то есть каждые 5-6 секунд изображение перестает попадать на сетчатку. Добавим к этому и то, что объекты на сетчатке отображены в перевернутом виде, а сама картинка находится в "расфокусе", то есть размыта.
Вот и получается, что все, что мы видим - это два размытых, движущихся, периодически исчезающих изображения, которые мозг постоянно синхронизирует и пытается сопоставить, чтобы получить целостное представление о происходящем вокруг. Неудивительно, что на каком-то из этих этапов обработки информации может возникнуть ошибка.
Мысленный взгляд
В то время как глаза могут воспринимать невероятное количество информации, наш мозг имеет свою "пропускную способность" и способен одновременно обрабатывать только ограниченное количество данных. Это приводит к упрощению того, что мы видим. В такой момент мы можем увидеть то, чего на самом деле не существует, то есть оптическую иллюзию.
Принято считать, что мозг устроен таким образом, что постоянно опирается на уже существующие знания и предыдущий опыт. Благодаря этому он делает предположения о том, что мы видим, интерпретируя нервные сигналы, полученные от глаза. Именно такая произвольная интерпретация приводит к субъективному восприятию, которое может не соответствовать действительности. По крайней мере так раньше объясняли природу оптических иллюзий. Но, как видим, последние исследования дают повод думать, что все гораздо проще.
Созданная учеными модель SBL демонстрирует ограниченность нейронных реакций и называет причиной возникновения оптических иллюзий именно это, а не более глубинные психологические процессы. Ранее эта модель использовалась, чтобы показать, как животные видят цвет. Свою эффективность она продемонстрировала и во время эксперимента, целью которого было выяснить, как именно взаимодействуют с "заблуждениями зрения" люди.
Основанная на принципах эффективного кодирования, SBL учитывает пропускную способность нейронов, а также функции контрастной чувствительности глаза. Эта довольно простая вычислительная система смогла предсказать почти все предложенные ей визуальные явления и иллюзии, не прибегая при этом к высокоуровневым процессам. Это говорит о том, что ограниченная пропускная способность и эффективное кодирование могут объяснить сложные феномены видения.
SBL: симулятор зрения
Глубокое понимание природы цвета имеет ключевое значение для применения в различных сферах. Данные о цвете мы получаем благодаря работе наших фоторецепторов - палочек и колбочек. В этом нам также помогает принцип так называемого "латерального торможения". Это когда соседние нервные клетки глаза подавляют, то есть "тормозят", работу друг друга: если один из нейронов активно работает, то его сосед, наоборот, "отдыхает". Такая механика отвечает за остроту восприятия. Ее еще можно сравнить с эффектом боке в фотосъемке, при котором основной объект изображения является более резким и четким, тогда как фон "замыливается".
Такие и другие особенности человеческого зрения были учтены в упомянутом ранее симуляторе зрения SBL. Он использует данные о яркости, ощущение света и темноты, пространственные и хроматические (цветные) фильтры. То есть выполняет ту же работу, что и наша сетчатка. Это происходит в несколько шагов.
На начальном этапе с помощью специальных фильтров собирается информация о пространственных характеристиках изображения. Далее мощность сигнала нормализуется в соответствии с реакцией фильтра на естественную сцену. На завершающем этапе все данные суммируются и как бы "накладываются" друг на друга, чтобы воссоздать вид исходного изображения.
Как отмечалось выше, модель имитирует работу человеческих фоторецепторов. Для этого используются спектральные фильтры, соответствующие палочкам и колбочкам: ахроматический/яркий, сине-желтый и красно-зеленый. Все это вместе позволяет с высокой точностью воспроизвести визуальную обработку изображения, которую выполняет человеческий глаз.
Результаты эксперимента и выводы и заключения
Модель симуляции человеческого зрения протестировали с помощью 52 оптических иллюзий. Целью было проверить, будет ли программа так же ошибочно идентифицировать определенные участки изображения и цвета, как бы это сделал человек. По словам господина Тросянко, машина постоянно ошибалась, неверно распознавая цвета.
При этом, SBL-модель "обманывалась" этими иллюзиями на примитивном уровне, который и близко не соответствует полной вычислительной мощности человеческого мозга. Это дает основания полагать, что когда человек видит то, чего не существует, он не использует при этом ни предыдущий опыт, ни высокоинтеллектуальные процессы мозга. То есть визуальная обработка изображения происходит по восходящему принципу, "снизу вверх", а оптические иллюзии возникают именно на самом низком, базовом, уровне.
Исследуя зрительное восприятие, мы приближаемся к разгадке тайны того, как человеческий глаз воспринимает и понимает мир вокруг нас.
Где можно использовать оптические иллюзии
Первые оптические иллюзии использовались еще в Древней Греции и Риме. Их применяли при построении таких культовых сооружений, как Акрополь, Парфенон, Пантеон и др. Кстати, в египетских пирамидах их также можно наблюдать. Использовали же их в основном для того, чтобы придать сакральным строениям более величественный вид. И сегодня оптические трюки используются в дизайне помещений, чтобы сделать их визуально светлее и просторнее, чем они есть на самом деле.
По похожему принципу работают и дизайнеры одежды. С помощью цвета, линий и узоров достигается эффект более стройного и высокого силуэта. Или наоборот. Зависит от того, какие цвета или линии, и как именно они использованы.
Иллюзия на картине Джузеппе Арчимбольдо
Любили "позабавиться" с иллюзиями и художники. Такие приемы начали активно использовать еще в XVI веке. Так, например, самая известная картина Леонардо да Винчи "Мона Лиза", написанная в 1503 году, использует популярный эффект "слежения": кажется, будто картина провожает взглядом, с какого бы ракурса на нее ни взглянули. Однако настоящую революцию в восприятии художественных произведений совершил Джузеппе Арчимбольдо (1526 - 1593). Пожалуй, все видели его непревзойденные натюрморты, на которых среди овощей и фруктов можно узнать черты человеческого лица. Если говорить о более современном творчестве, то можно вспомнить Сальвадора Дали (1904 - 1989), чьи сюрреалистические работы богаты на различные заблуждения зрения.
Иллюзии в работах Дали
Оптические иллюзии востребованы и в творчестве современных художников - графических и веб-дизайнеров, иллюстраторов, SMM-щиков и тому подобное. Они помогают создать уникальный логотип или фирменный стиль, выделиться среди конкурентов, повысить узнаваемость бренда у потребителей и привлечь внимание новых клиентов.
Кроме того, оптические иллюзии могут использоваться для обучения искусственного интеллекта.
И хотя ученые говорят о примитивной природе оптических иллюзий, мы знаем множество примеров, как человек использует их в наиболее креативных и интеллектуальных сферах своей деятельности.
Фото из открытых источников
