Фокусы науки: пять иллюзий, которые вас удивят
Большинство из нас знакомы с феноменом оптических иллюзий благодаря развлекательным сайтам, научно-популярным книгам и творчеству художников, например, гравюрам знаменитого Маурица Эшера. Но оптические иллюзии способны не только удивлять — они помогают ученым лучше понять, как наше чувственное восприятие окружающего мира соотносится с объективной физической реальностью. Американская организация Neural Correlate Society способствует подобным научным исследованиям: каждый год она проводит конкурс, куда каждый желающий может отправить открытый им оптический обман с иллюстрацией и небольшим описанием. Смотрите пять иллюзий — победителей разных лет из опубликованных на сайте конкурса.
Механизмы, ответственные за возникновение оптических иллюзий, располагаются в разных частях нервной системы человека: от сетчатой оболочки глаза до зрительной зоны коры головного мозга. Изображение, попадающее на сетчатку, содержит в себе огромное количество информации, и далеко не вся она передается в мозг. Пусть цифры говорят сами за себя: в сетчатке находится в среднем 125 миллионов фоторецепторов и в сотню раз меньшее количество ганглионарных клеток, генерирующих нервные импульсы. Нашему мозгу приходится использовать абстрактные модели, чтобы дополнить и собрать воедино разрозненные фрагменты поступающей визуальной информации. Иногда он справляется с этой задачей слишком успешно: формирует ощущение цельности там, где его нет — другими словами, создает оптическую иллюзию. На примере нескольких из них мы покажем, как именно наш мозг вводит нас в заблуждение.
Иллюзия «невозможного движения»
Кажется, что деревянные шары в этом видеоролике катятся вверх по уклону, как если бы их притягивали магнитом. Их поведение необъяснимо, так как противоречит законам физики. Изображение не является компьютерной 3D-моделью, просто расположение желобов воспринимается наблюдателем «наоборот» — таким образом, что нисходящее движение объектов по ним принимается за восходящее. Примечательно, что иллюзия, созданная Кокичи Сугихара из японского Meiji Institute for Advanced Study of Mathematical Sciences, использует материальные трехмерные объекты и физическое движение вместо обычного двухмерного изображения. В данном случае обманчивый эффект достигается с помощью выстраивания определенной перспективы: очевидно, что если бы мы смотрели на эту конструкцию под любым другим углом, то иллюзия не сработала бы. По тем же законам работает материальная модель треугольника Пенроуза или «невозможного треугольника», которую придумали молодые ученые-энтузиасты. Правда, чтобы обмануться, нужно будет приложить усилие, ведь иллюзия будет работать «правильно», только если смотреть на нее с определенной точки.
Иллюзия «вращающейся маски»
Смотрим ли мы на выгнутую или вогнутую сторону маски, мы не можем визуально отличить одну от другой и всегда будем воспринимать каждую из них как лицо. Как уже говорилось, все, что мы видим, — это результат электрических сигналов, передающихся от глаза к мозгу по зрительному нерву. Именно мозг обрабатывает эти сигналы и конструирует определенное изображение, которое может воспринять наше сознание. Более того, нейробиологи считают, что в нашем мозгу есть определенные зоны, отвечающие за распознавание лиц. Из нашего опыта мы знаем, что лица выпуклы, и мозг выдает соответствующее нашим ожиданиям и сложившимся моделям изображение. Привычка так сильна, что игнорируется даже трехмерная модель реальности, которая создается нашим стереоскопическим зрением. Интересно, что люди, страдающие от шизофрении, не могут обмануться и способны визуально распознавать вогнутую сторону маски. Необработанная визуальная информация в их случае не «переписывается» высшими когнитивными процессами, происходящими в мозгу. Некоторые психологи считают, что подобная дисфункция в обработке сигналов (когда чувственное восприятие доминирует над сознанием) усиливает у больных ощущение диссоциации с реальностью.
Иллюзия «падающей башни»
Несмотря на кажущуюся простоту, эффект этой иллюзии впервые был описан в 2007 году учеными канадского Университета МакГилла. Два изображения Пизанской башни идентичны, однако у наблюдателя возникает стойкое ощущение, что наклон правой башни больше, как если бы она была сфотографирована с другого угла. Дело в том, что расположенные рядом фотографии воспринимаются нами как одно изображение. Обычно из–за законов перспективы, учитываемых нашей зрительной системой, контуры двух расположенных рядом башен стремятся к одной точке по мере их удаления из поля зрения. Но в случае, если их контуры параллельны, наш мозг предполагает, что башни должны расходиться в разные стороны. Главным открытием ученых стал тот факт, что наша визуальная система трактует два одинаковых изображения как единый пейзаж: как бы мы не старались воспринимать их отдельно, мы всегда будем видеть «Пизанские башни-близнецы», чья перспектива может быть объяснена только тем, что наклон одной из башен гораздо больше.
Динамический эффект Эббингауза
Геометрическая иллюзия Эббингауза возможна благодаря нашему восприятию отношений между размерами объектов. Человек среднего роста будет казаться выше или ниже в зависимости от того, будет он стоять рядом с профессиональным баскетболистом или с хоббитом. Так и центральный круг будет казаться больше или меньше в зависимости от размера окружающих его объектов. Этот феномен можно объяснить следующим образом: наше восприятие подстраивается под определенное отношение между объектом и его окружением и извлекает из него некий критерий, который затем переносится на новую ситуацию. Для простоты это можно сравнить с восприятием звуков: если ваш ноутбук вдруг перестанет гудеть, вы мгновенно осознаете наступившую в комнате тишину, хотя до этого могли и не обращать внимания на издаваемый им шум. В классической иллюзии Эббингауза объекты статичны, но оказалось, что визуальный эффект значительно усиливается в динамике: согласно ученым Университета Невады, авторам иллюзии, погрешность в восприятии размера увеличивается почти вдвое.
Мультисенсорная иллюзия «исчезающей руки»
Эта иллюзия, изначально задуманная учеными Ноттингемского Университета как симуляция потери чувствительности у переживших инсульт пациентов, использует зрение, осязание и чувство положения тела. Участник эксперимента не замечает, как постепенно изменяется его восприятие положения собственных рук: после специальных манипуляций, запрограммированных учеными, руки оказываются гораздо дальше друг от друга, чем кажется испытуемому. Когда правая рука исчезает с экрана, он тянется к ней своей левой рукой, но все, что он находит, это пустой стол. Сочетание потери видимости и физического контакта со своей рукой создает полную иллюзию ее отсутствия. Подобные эксперименты доказывают, что ошибки восприятия могут происходить не только при просмотре оптических иллюзий — весь наш аппарат рецепции и интерпретации реальности сильно ограничен абстрактными моделями, выработанными нашим мозгом в процессе эволюции. Мы не знаем, как на самом деле выглядит и звучит реальность, мы не знаем точно, какова она на ощупь, нас легко ввести в заблуждение, но именно благодаря научным исследованиям мы сможем приблизиться к наиболее полному восприятию окружающего мира.