Perceptia multistabila

Fenomenele perceptuale multistabile sunt o forma rara de fenomene perceptive vizuale care sunt caracterizate de o secventa impredictibila de schimbari spontane subiective.

Multistabilitatea perceptuala poate fi provocata prin modele sau tipare vizuale care sunt prea ambigue pentru ca sistemul vizual uman sa le poate recunoaste in baza unei singure interpretari unice. Din moment ce majoritatea acestor imagini produc doua stari perceptuale mutuale exclusive ce alterneaza, ele mai sunt numite si perceptii bistabile.

Tranzitia de la perceptie initiala la alternativa sa, se numeste inversare perceptiva. Ea este spontana si stocastica si nu poate fi eliminata prin eforturi intentionate, desi este posibila obtinerea unui anumit control asupra procesului de alternanta. Rata de inversare variaza in functie de observator si s-a descoperit ca variaza mai putin pentru oamenii ce sufera de bipolaritate.

Iluzii optice

Iluzia optica e principiul din spatele celor mai cunoscute iluzii, inclusiv a obiectelor imposibile. Creierul nostru incearca sa dea un sens formelor si simbolurilor, incercand sa le aranjeze asemenea pieselor dintr-un puzzle.

Ea e caracterizata prin faptul ca imaginile percepute difera de realitatea obiectiva. Ochiul proceseaza informatia ca de obicei, dar perceptul ce rezulta nu are nici o legatura cu rezultatul unei masurari fizice a sursei stimulului. Iluziile pot fi impartite in 2 categorii principale:

– iluzii optice ce pot crea imagini diferite de cele ale obiectelor care le genereaza.

– iluzii fiziologice, constau in efectele stimularii excesive a unui stimul asupra ochilor si a creierului.

Iluziile fiziologice, cum ar fi imaginea-fantoma ce ramane in urma unei lumini puternice, au la baza ideea ca stimulii au „carari” neurale individuale dedicate in fazele timpurii ale procesarii vizuale, iar stimularea repetata a unuia sau a catorva dintre ele produce un dezechilibru fiziologic care altereaza perceptia.

Imaginea-fantoma

Imaginea-fantoma e o iluzie optica ce se refera expunerea la imaginea initiala a incetat. Una dintre cele mai intalnite imagini-fantoma e stralucirea puternica ce persista pe retina dupa ce am privit un bec aprins timp de cateva secunde. Fenomenul imaginii de dupa s-ar putea sa fie in stransa legatura cu persistenta viziunii (fenomen al ochiului prin care se crede ca o imagine-fantoma persista pe retina pentru aproximativ cateva zecimi de secunda) care permite ca o succesiune rapida de imagini sa creeze iluzia miscarii, baza tehnicilor de animatie si a cinematografiei.

Acest gen de iluzie poate aparea in doua forme:

– negativa (culorile sunt inversate).

– pozitiva (se pastreaza culorile).

Procesul din spatele imaginilor-fantoma pozitive e relativ necunoscut, desi se crede ca e legat de adaptarea neurala (schimbarea in timp a capacitatii de reactie a sistemului senzorial fata de un stimul constant). Pe de alta parte, imaginile-fantoma negative sunt un fenomen retinian si sunt intelese.

Imaginile – fantoma negativa

Apar atunci cand fotoreceptorii din interiorul ochiului, in special celulele con, se adapteaza la supra-stimulare si isi pierd sensibilitatea. In mod normal ochiul rezolva aceasta problema prin operatii mici (microsacadele), ca mai tarziu miscarea sa fie „filtrata” si sa nu se mai bage de seama. Microsacadele sunt miscari involuntare ale ochiului pe distante foarte mici, similare miscarilor voluntare oscilatoare ale ochiului (sacada) si apar in timp ce „fixam cu privirea” un anumit corp. Dar daca imaginea colorata e atat de mare incat microsacadele nu reusesc sa schimbe culoarea intr-o zona a retinei, conurile vor „obosi” si nu vor mai reactiona. Celulele de tip baston sunt de asemenea afectate.

Atunci cand mutam privirea pe un spatiu gol, fotoreceptorii adaptati transmit un semnal slab iar acele culori raman indistincte. In tot acest timp conurile alaturate si care nu au fost excitate de culoare sunt „neatinse” si capabile de a transmite semnale puternice. Semnalul va fi acelasi ca in cazul in care subiectul s-ar uita la o culoarea antagonica, acesta e felul in care interpreteaza creierul spatiul alb.

Ewald Hering explica formarea imaginilor-fantoma prin intermediul celor 3 perechi de culori primare. Aceasta teorie a proceselor oponente sustine ca sistemul vizual uman interpreteaza informatiile culorii prin procesarea semnalelor conurilor si bastonaselor intr-o maniera antagonistica. Aceasta teorie sugereaza ca ar fi 3 canale oponente: rosu vs. turcoaz, alba. Prin urmare o imagine verde va produce o imagine-fantoma a culorii magenta. Culoarea verde isi oboseste fotoreceptorii, de aceea semnalul produs de ei va fi mai slab, astfel culoarea va interpretata ca fiind culoarea primara pereche a verdelui, magenta.

Iluziile cognitive, constau in concluziile inconstiente facute de ochi si de creier.

Se presupune ca sunt cauzate de presupunerile inconstiente pe care le facem in legatura cu lumea, acest lucru a fost sugerat pentru prima oara in secolul al XIX-lea de catre Hermann Helholtz. Iluziile cognitive pot fi separate in iluzii ambigue, iluzii distorsionate, iluzii paradoxale sau iluzii fictionale.

Iluziile ambigue sunt reprezentate de imagini sau obiecte ce provoaca o alternanta perceptuala intre 2 sau mai multe interpretari alternative. Cubul Necker e un exemplu de iluzie ambigua.

Iluziile distorsionate sunt caracterizate de distorsiuni a marimii, lungimii sau a curburii. Un exemplu in acest sens e iluzia Zidului Cafenelei.

Iluziile paradoxale sunt generate de obiecte paradoxale sau imposibile, cum ar fi triunghiul Penrose, scarile imposibile sau Cascada lui M.C. Escher.

Iluziile fictionale sunt definite ca perceperea unor obiecte care nu exista decat pentru un singur observator, asa cum sunt cele induse de schizofrenie sau de un halucinogen. Denumirea corecta este cea de halucinatii.

Pentru a fi capabili sa intelegem lumea e absolut necesar ca mai intai sa fim capabili de a organiza senzatiile ce vin din exterior si de a le transforma in informatii utile. Psihologii gestaltisti cred ca una din modalitati prin perceperea unui stimul individual drept un intreg. Organizarea gestalt poate fi folosita pentru explicarea multor iluzii cum ar fi iluzia Iepure-Rata.

Tot prin teoria Gestalt poate fi explicata si iluzia Triunghiului Kanizsa. Un triunghi alb, care nu exista, dar care este vazut. Se pare ca, creierul trebuie sa vada imagini simple familiare si are tendinta de a crea imagini „intregi” din elemente individuale.

Folosirea organizarii perceptuale pentru a da sens stimulilor reprezinta principiul din spatele altor iluzii, inclusiv a obiectelor imposibile.

Perceptia profunzimii si a miscarii

Iluziile se bazeaza pe abilitatea individului de a percepe cele 3 dimensiuni, chiar si atunci cand imaginea care ajunge la retina e bidimensionala. Iluzia Ponzo e un exemplu a unei iluzii care foloseste indici monoculari de perceptie a profunzimii (abilitatea vizuala de a percepe lumea in trei dimensiuni) pentru a insela ochiul.

In iluzia Ponzo liniile paralele convergente ii „spun” creierului ca imaginea din partea de sus a campului vizual e mai indepartata de aceea creierul percepe imaginea ca fiind mai mare, desi cele doua imagini retiniene sunt identice. Iluzia optica ce apare in cadrul unei perspective false/diorame (tablou de mari dimensiuni, alcatuit din mai multe planuri, care, sub efectul unui joc de lumini si privit din intuneric, da spectatorului impresia realitatii) exploateaza totodata presupunerile bazate pe indicii monoculari a perceptiei profunzimii.

„Cascada” lui M. C. Escher exploateaza felul in care percepem profunzimea si proximitatea si felul in care intelegem lumea fizica pentru a putea creea o iluzie.

Ne infatiseaza o apa curgatoare cu o albie in zig-zag de-a lungul laturilor prelungite a doua triunghiuri Penrose, astfel ajungand la un nivel superior celui de pornire.

Asemenea perceptiei profunzimii, perceptia miscarii (procesul de determinare a vitezei si directiei elementelor dintr-o scena bazata pe input-uri vizuale, vestibulare si proprioceptive) e responsabila pentru o parte din iluziile senzoriale. Cinematografia e bazata pe iluzia perceperii intr-o succesiune rapida de catre creier a unei serii de imagini ce difera usor una de alta pentru a crea astfel iluzia miscarii.

Fenomenul Phi e un alt exemplu a felului in care creierul percepe miscarea si e realizat de regula sub forma unor luminite ce clipesc intr-o succesiune rapida.

Constantele culorii si a luminozitatii

Constantele culorilor si a luminozitatii sunt un exemplu de constanta subiectiva si o componenta a sistemului uman de perceptie a culorilor care asigura o percepere constanta a culorilor unui obiect in ciuda variatiilor de lumina. Deci un obiect familiar isi va pastra culoarea indiferent de cata lumina va reflecta suprafata sa. O iluzie a culorii sau o diferenta de contrast poate fi creata atunci cand se schimba luminozitatea sau contrastul zonei din jurul obiectului. Contrastul obiectului va parea mai intunecat daca va avea un fundal intunecat care reflecta mai putina lumina, chiar daca obiectul in sine nu si-a schimbat culoarea. De asemenea ochiul va compensa contrastul produs in functie de nuanta zonei din jurul obiectului.

Obiectele consistente

Asemenea culorii, creierul are abilitatea de a „intelege” obiectele familiare ca avand o forma sau marime consistenta. De exemplu o usa este perceputa drept un dreptunghi indiferent de felul in care se schimba imaginea pe retina in urma inchiderii si deschiderii usii. Obiectele nefamiliare nu pot urma intotdeauna aceasta „regula”, de aceea atunci cand perspectiva se schimba, se va schimba si felul in care sunt percepute. Iluzia lui Shepard a mesei schimbatoare e un exemplu de iluzie bazata pe o distorsiune a constantei formei.

Perceptia viitorului

Cercetatorul Mark Changizi, de la Institutul Politehnic Rensselaer din New York, spune ca iluziile optice au loc din cauza unei „intarzieri” neurale ce are loc la oameni in starea de veghe. Atunci cand lumina loveste retina, trece aproximativ o zecime de secunda pana cand creierul „traduce” semnalul intr-o perceptie vizuala a lumii. Cercetatorii stiu de existenta aceste intarzieri de multa vreme si dezbat felul in care compenseaza sistemul motor uman acest lucru.

Changizi afirma ca sistemul vizual uman a evoluat pentru a compensa aceasta intarziere, de aceea el e capabil sa genereze imagini ce vor aparea de abia peste o zecime de secunda in viitor. Aceasta „profetie” vizuala permite oamenilor sa reactioneze la evenimentele din prezent, de exemplu actul reflexiv a prinderii unei mingi aruncata spre tine sau a traversarii unei zone aglomerate. Iluziile apar atunci cand creierul incearca sa perceapa viitorul, iar previziunile sale nu concorda cu realitatea.

Iluzia Hering e formata dintr-o serie de linii ce emana toate dintr-un singur punct, acesta e incadrat intre doua linii verticale. Imaginea ne da impresia miscarii inainte, activand abilitatile noastre de anticipare a viitorului. Dar din moment ce noi nu ne miscam iar imaginea e statica, percepem eronat liniile verticale ca fiind curbe.

Chnagizi declara:

„Evolutia a avut grija ca desenele geometrice ca acesta sa trezeasca in noi previziuni a viitorului apropiat. Liniile ce converg inspre punctul de disparitie reprezinta indici vizuali care inseala creierul facandu-l sa creada ca ne miscam in fata – tot asa cum in lumea reala cadrul unei usi s-ar bomba atunci cand am trece prin el – iar noi vom incerca sa anticipam cum va arata lumea in clipa urmatore.”

Camera lui Ames

E o camera distorsionata folosita pentru a creea o iluzie optica. E posibil ca constructia ei sa fi fost influentata de scrierile lui Hermann Helmholtz, inventatorul ei este oftalmologistul american Adelbert Ames Junior, anul constructiei este 1934.

Aceasta camera este construita in asa fel incat din fata sa para a fi o camera cubica normala, cu un perete in spate si doi pereti laterali paraleli unul cu altul si perpendiculari cu podeaua si tavanul. Dar aceasta aparenta e doar un truc de perspectiva, adevarata forma a camerei e trapezoidala; peretii, podeaua si tavanul sunt inclinati, iar coltul drept este mult mai aproape de observator decat coltul stang. Din cauza acestei iluzii optice, o persoana ce sta in unul dintre colturile camerei are proportii giantice pentru un observator, in timp ce o persoana ce sta in celalalt colt pare sa fie pitica. Iluzia este atat de convingatoare incat o persoana ce se duce dintr-un colt in altul al camerei pare sa se micsoreze sau sa se mareasca. Studiile au aratat ca aceasta iluzie poate fi creata si in lipsa unor pereti si a unui tavan; este suficienta crearea unui orizont aparent (care in realitate nu e orizontal) si a unui fundal potrivit, iar ochiul se va orienta dupa inaltimea aparenta a unui obiect de deasupra acelui orizont.

Principiul din spatele camerei lui Ames a fost folosit in special in efectele speciale din televiziune si cinematografie. De exemplu, in trilogia „Stapanul Inelelor” s-au folosit cateva camere Ames, mai exact in secventele filmate in Shire, pentru a corecta inaltimile hobbit-ilor atunci cand stateau in picioare langa Gandalf.

Perspectiva fortata e o tehnica care apeleaza la iluzia optica pentru a indeparta, apropia, mari sau micsora obiectele. E folosita in fotografie, cinematografie si arhitectura. Aceasta tehnica manipuleaza perceptia vizuala umana prin intermediul unor obiecte de marimi diferite si a corelatiilor ce apar intre ele si punctul de observatie a spectatorului.

Silueta dansatoare

Cunoscuta si sub numele de „Iluzia siluetei”, este o iluzie optica chinetica bistabila ce seamana cu o dansatoare ce face piruete. Iluzia a fost creata de web desiger-ul Nobuyuki Kayahara si se bazeaza pe directia aparenta a miscarii figurii. Unii observatori vad figura invartindu-se in sensul acelor de ceas, iar altii o vad invartindu-se invers. Iluzia deriva din lipsa indicilor vizuali a adancimii. De exemplu, bratele ei ar putea sa se miste fie in fata ei si spre stanga, fie in spatele ei si spre stanga. De aceea s-ar invarti in sensul acelor de ceas sau invers, sarind fie pe piciorul drept, fie pe piciorul stang. Schimba piciorul deoarece fie sta cu fata la observator, fie o intorce. Nu exista trasaturi la suprafata siluetei care sa indice care parte a ei este prezentata in acel moment. Cele mai putin ambigue pozitii sunt in momentele cand e vazuta din profil desi nu se poate spune daca piciorul din fata sau din spate este pe pamant.

Un exemplu poate fi vizualizat aici

Obiecte imposibile

Un obiect imposibil (cunoscut de asemenea ca o figura imposibila) este un tip de iluzie optica formata dintr-o figura bidimensionala care este interpretata instantaneu si la nivelul subconstientului de sistemul vizual ca reprezentand o proiectie a unui obiect tridimensional, desi nu este posibil ca un asemenea obiect sa existe (cel putin nu in forma interpretata de sistemul vizual). In majoritatea cazurilor, imposibilitatea devine evidenta dupa observarea figurii timp de cateva secunde. Cu toate acestea, impresia initiala a unui obiect tridimensional persista chiar si dupa ce devine contradictorie. Exista si alte exemple subtile de obiecte imposibile unde imposibilitatea nu devine evidenta in mod spontan si este necesara examinarea constienta a geometriei obiectului observat pentru a determina imposibilitatea acestuia. Obiectele imposibile intra in domeniul de interes al psihologilor, matematicienilor si artistilor fara a intra in mod neaparat intr-una din aceste discipline.

Cubul imposibil

Cubul Necker este o iluzie optica care a fost publicata pentru prima data in 1832, de catre cristalograful elvetian Luis Albert Necker. Acest cub este un desen ambiguu bazat pe linii. Este un schelet al unui cub dintr-o perspective oblica, ceea ce inseamna ca laturile paralele ale cubului sunt desenate ca linii paralele in imagine.

Cand 2 linii se intersecteaza, din cauza lipsei de indicii vizuale, imaginea nu poate arata clar care este linia din fata si cea din fata. Acest lucru face imaginea ambigua; poate fi interpretata in 2 feluri. Cand o persoana se uita la imagine i se pare ca perspective asupra imaginii se schimba din cauza celor 2 interpretari posibile (asa-zisa perceptie multi-stabila). Efectul este interesant deoarece fiecare parte a desenului este ambigua prin ea insasi. Cu toate acestea, sistemul vizual uman alege acea interpretare a acelei parti care face intregul valid.

Cubul Necker este folosit uneori pentru a testa modele cibernetice ale sistemului vizual uman pentru a vedea daca sunt capabile de a alege o interpretare valida a imaginii, in acelasi fel ca si oamenii. Un cub al carui laturi se incruciseaza in mod inconsistent este un exemplu de obiect imposibil (comparati-l cu triunghiul Penrose). Atunci cand cubul este orientat spre stanga majoritatea oamenilor vad partea din stanga jos ca fiind fata de cele mai multe ori. Acest lucru este posibil deoarece oamenii vad obiectele de sus, cu partea de sus vizibila, mult mai des decat le vad de jos, cu partea de jos vizibila. Deci creierul „prefera” interpretarea conform careia cubul este vazut de sus. Exista dovezi conform carora prin focalizarea asupra diferitelor parti ale figurii, cineva poate sa-si „forteze” formarea unei perceptii mai stabile a cubului. Intersectia celor 2 fete care sunt paralele pentru observator formeaza un dreptunghi iar liniile care converg in patrat formeaza o intersectie in forma de Y a celor 2 laturi diagonal opuse. Daca un observator focalizeaza asupra partii de sus a intersectiei Y, atunci partea din stanga jos va parea sa fie din fata iar daca va alege sa focalizeze asupra de jos a intersectiei, atunci partea din drepta sus va deveni fata cubului.

Cubul Necker a aruncat un pic de lumina asupra sistemului vizual uman. Fenomenul demonstreaza functionarea creierului uman ca o retea neurala cu 2 stari posibile stabile, distincte si interschimbabile. Sidney Bradford, orb de la varsta de 10 luni si care si-a recapatat vederea la varsta de 52 de ani in urma unei operatii, nu percepea ambiguitatea pe care observatorii cu vedere normala o percep. Cubul Necker este folosit in epistemologie si contra realismului naiv. Conform realismului naiv, felul in care percepem lumea reprezinta felul in care lumea este. Cubul Necker pare sa contrazica acest lucru deoarece vedem cand o varianta a cubului, cand cealalta, dar de fapt nu exista nici un cub ci doar un desen bidimensional din 12 linii. Vedem ceva ce nu este acolo, contrazicand astfel realismul naiv. Aceasta critica adusa realismului naiv, sprijina realismul reprezentativ. Un cub Necker rotativ a fost folosit pentru a demonstra ca sistemul vizual uman poate acumula si alte repere vizuale care pot afecta felul in care sunt percepute lucrurile.

Video – cubul imposibil: Youtube.com

Diapazonul diavolului

Mai este cunoscut si sub numele de poiuyt si este o figura indescifrabila, o iluzie optica, un obiect imposibil. Pare sa fie vorba de 3 bare cilindrice care mai apoi se transforma la celalalt capat in 2 bare rectangulare. In forma sa cea mai comuna, aceasta figura arata ca in imaginea alaturata. A aparut pentru prima data in martie 1965 pe coperta revistei „Mad”, unde a primit denumirea de „poiuyt” (acest nume venind de la ultimele 6 litere de pe randul de sus al majoritatii masinilor de scris bazate pe limba latine, de la dreapta la stanga) si a fost folosit de numeroase ori pana in present.

Triunghiul Penrose

Triunghiul Penrose e un obiect imposibil, creat de artistul suedez Oscar Reutersvard in 1934. Matematicianul Roger Penrose l-a popularizat in mod independent in anii 1950, descriindu-l ca fiind „imposibilitatea in cea mai pura forma a sa”. Este o aparitie proeminenta in operele artistului M.C. Escher, ale carei reprezentari timpurii de obiecte imposibile l-au inspirat partial. Pare sa fie un obiect solid facut din 3 bare cu sectiunea patrata si se intersecteaza in unghiuri drepte in colturile triunghiului pe care il formeaza. Aceasta combinatie de proprietati nu poate fi realizata de orice obiect tridimensional in cadrul spatiului euclidian normal.

Scarile Penrose

Scarile Penrose reprezinta un obiect imposibil creat de Lionel Penrose si fiul sau Roger Penrose. Poate fi considerat o variatie a triunghiului Penrose. Este reprezentarea bidimensionala a unei scari in care treptele au coturi de 90 de grade, pe masura ce coboara sau urca, desi formeaza o bucla continua, in asa fel incat o persoana ar putea sa le urce la nesfarsit fara sa ajunga niciodata mai sus.

Acest lucru este evident imposibil in trei dimensiuni; dar figura bidimensionala obtine acest paradox prin distorsionarea perspectivei. Acest exemplu cunoscut al scarilor Penrose apare si in litografia „Urcand si coborand” al lui M.C.Escher, unde este incorporata in interiorul unei manastiri ai carei calugari urca si coboara scarile fara de sfarsit.

Istorie

Artistul suedez Oscar Reutersvard a fost primul care a realizat in mod deliberat foarte multe obiecte imposibile. El a fost numit „tatal figurilor imposibile”. In 1934 el a desenat triunghiul Penrose, cu cativa ani inaintea lui Penrose. In versiunea lui Oscar, laturile triunghiului sunt despartite in cuburi. In 1956, psihiatrul britanic Lionel Penrose si fiul sau, matematicianul Roger Penrose, au trimis Jurnalului Britanic de Psihologie un scurt articol intitulat „Obiecte imposibile: un tip special de iluzii optice”. Acesta avea drept ilustratii scarile si triunghiul Penrose. Articolul facea referirir la Escher a carei lucrari au trezit interesel public in acest subiect, dar si nu fata de lucrarile lui Oscar Reutersvard, care erau necunoscute pentru public. Articolul a fost publicat abia in 1958.   Incepand cu 1930, artistul olandez M.C. Escher a produs multe desene in care apareau perspective paradoxale ce tindeau spre obiecte imposibile. In 1957 el a produs primul sau desen ce continea un obiect cu adevarat imposibil: cubul cu panglici magice. Cubul cu panglici magice este o litografie realizata de artistul olandez M.C.Escher. Aceasta a fost prezentata publicului in 1957, reprezentand 2 panglici infasurate in jurul cadrului interior unui cub. Cadrul cubului, doar prin el insusi, este perfect posibil, dar punctele de legatura a „panglicilor magice” din interiorul sau sunt imposibile. Lucrarea este importanta deoarece este prima sa lucrare, reprezentand un obiect imposibil. El a realizat si alte desene in care apareau obiecte imposibile, uneori tot desenul reprezenta o figura imposibila. Unii artisti contemporani experimenteaza la randul lor cu figurile imposibile, cum ar fi: Jos de Mey, Shigeo Fukuda, Sandro del Prete, Istvan Orosz (Utisz), Guido Moretti, Tamas F. Farkas si Mathieu Hamaekers.