На иллюстрации выше вы видите диаграмму когнитивных искажений — систематических отклонений в восприятии реальности. Полную версию картинки на русском языке вы можете посмотреть тут, а по этой ссылке найдете оригинальные данные в JSON-формате. 175 увлекательных когнитивных багов появились не на пустом месте — у каждого есть первопричина, хотя в некоторых случаях ученые не до конца определились с источником возникновения ошибки восприятия. Обычно искажению предшествуют переизбыток информации, сложность понимания, необходимость быстрого реагирования или ограничения нашей памяти. Но наиболее частой причиной являются особенности человеческого мышления. Один из самых интересных видов ошибок — оптические иллюзии. Сегодня поговорим именно об этом, поскольку визуальные иллюзии лучше всего демонстрируют способы создания мозгом внутри себя ощущение реальности. Изучая эти механизмы, мы лучше пониманием, как сделать неотличимый от физического виртуальный мир.
Дикий, дикий мир
С точки зрения эволюции все самое интересное с мозгом случилось еще вчера. Пока вы сидите в офисе, нейроны не дремлют и готовы отправить тело в путешествие — подальше от саблезубого тигра, коварно прыгающего с вершины валуна.
Нейробиолог Бо Лотто утверждает, что на самом деле мы не видим реальность, а наши органы чувств, призванные помочь познать окружающий мир, препятствуют его объективному восприятию. Для иллюстрации этой мысли он предложил следующий рисунок.
Квадрат на верхней грани кажется нам темно-коричневым, на боковой — более ярким — коричнево-оранжевым. Однако это всего лишь иллюзия, созданная нашим мозгом. В реальности кубик выглядит иначе. Как такое возможно? При очень слабом освещении отдельные цвета неразличимы. С точки зрения выживания подобное состояние реальности губительно, так как затаившийся в сумраке хищник может наброситься на человека. И тогда на помощь приходит «ошибка восприятия»: на сетчатке формируется изображение, отличающееся от предмета, который его создал. Например, в вечернем лесу движение кустов мы воспринимаем как живой объект. И лишь приглядевшись, понимаем, что на самом деле это шевелящиеся от легкого ветерка ветки. Мозг ошибся, но эволюционно механика «бей или беги» более выгодна, чем реакция «стой и анализируй». Лучше ошибочно видеть разные цвета, движения и угрозы, чем однажды быть съеденным.
Иллюзия Мюллера-Лайера: классический обман
Немецкий психиатр Франц Карл Мюллер-Лайер в 1889 г. показал геометрически-оптическую иллюзию, связанную с искажением восприятия линий и фигур. Иллюзия Мюллера-Лайера заключается в том, что отрезок, обрамленный наконечниками, обращенными наружу, кажется короче отрезка, обрамленного «хвостиками», на деле же длина обоих отрезков одинакова. Психиатр также обратил внимание на то, что созерцатель иллюзии, даже измерив линии и выслушав объяснение неврологической подоплеки изображения, продолжает считать одну линию короче другой. Интересно также, что данная иллюзия не для всех выглядит одинаково и есть менее восприимчивые к ней люди. Были предприняты попытки объяснить принцип работы иллюзии Мюллера-Лайера:
«неправильный размер»: изображение наконечников стрелок попадает на часть зрительной системы в сетчатке, отвечающей за обработку сигналов глубины изображений. В результате линия с наконечниками, направленными внутрь, интерпретируется как более длинная, потому что воспринимается сетчаткой как находящаяся дальше;
«конфликтующие сигналы»: наконечники стрелок воспринимаются как вклад в длину линии, соответственно более длинная общая форма линии с направленными внутрь наконечниками вызывает эффект увеличения длины линии;
«путаница»: расстояние между наконечниками влияет на воспринимаемую длину. Так, для линии с наконечниками, направленными наружу, расстояние между кончиками стрелок кажется меньше, чем расстояние между наконечниками стрелок, направленных внутрь, на другой линии.
Правильный ответ мы до сих пор не знаем, поэтому вы можете предложить свою версию или поддержать одну из существующих. В любом случае, работа Мюллера-Лайера внесла большой вклад в развитие когнитивной науки. Стало понятно, что разум — это далекий от совершенства механизм, который может ошибаться даже при работе с точной, на первый взгляд, полной информацией, очищенной от влияния эмоций. Мозг обрабатывает информацию рядом связанных между собой модулей, причем один модуль может не подозревать о существовании другого. Некоторые модули являются своего рода полунезависимыми отделами сознания, имеющими дело с определенными типами входных данных и дающих определенные типы выходных данных. Их внутренняя работа не доступна для осознания человеком — всё, к чему мы можем получить доступ, является результатом работы скрытых внутренних систем. Иллюзия Мюллера-Лайера показывает, что какой-то модуль продолжает демонстрировать нам разную длину линий, несмотря на понимание того, что это неправильно. Еще одна широко известная иллюзия такого рода носит название вертикально-горизонтальной. На рисунке выше вертикальная линия кажется длиннее горизонтальной, но в действительности они равны.
При динамической иллюзии Мюллера-Лайера нам кажется, что анимированные стрелки меняют длину линий, однако на самом деле она остается прежней.
Иллюзия Пинны-Брелштаффа: баги мозга
В 1990 г. благодаря работе Байнио Пинна (Университет Сассари, Италия) появилась первая визуальная иллюзия, демонстрирующая эффект вращающегося движения. В современном виде иллюзия была представлена в 2000 г. в совместной статье Байнио Пинны и английского психолога Гевина Брелштаффа. Иллюзия Пинны-Брелштаффа представляет собой несколько концентрических колец, состоящих из небольших ромбовидных элементов, расположенных под углом, в разных направлениях во внутреннем и внешнем кольцах. В зависимости от того, приближаетесь вы к изображению или отдаляетесь от него, круги крутятся в разных направлениях. Но такая иллюзия исчезнет, если расположить ромбики не под наклоном. Когда вы приближаетесь к монитору, круги на экране должны становиться больше для вашего мозга, но нейроны, отвечающие за обнаружение движения, «говорят неправду» и создают иллюзию. Считается, что иллюзия вызвана «багами» нейронов зрительной коры головного мозга. При взгляде на статичную картинку нейронам этой области требуется на 15 миллисекунд больше времени для активации, чем при обычном восприятии реального сложного движения. Ученые полагают, что понимание механики восприятия движения поможет избежать ситуаций, при которых опасно стимулировать чувствительную к движению область в коре мозга. Так, неправильный визуальный контент на приборных панелях автомобилей, самолетов и других видов транспорта может нанести непоправимый вред. Дизайнеры, режиссеры, создатели мультимедийного контента также должны задуматься о том, чтобы не допустить укачивания и другого дискомфорта для зрителей.
Работа Ричарда Рассела: иллюзия половых различий
На иллюстрации вы можете увидеть мужчину и женщину. Но это не так. В 2009 г. профессор психологии в Геттисбергском колледже (США) Ричард Рассел показал, что оба лица на самом деле являются версиями одного и того же андрогинного лица. Исходная картинка создана на компьютере путем смешивания усредненных мужских и женских лиц. Единственное отличие заключается в контрасте: на фото слева контраст и освещенность черт лица увеличены, справа — уменьшены. Лицо с большей контрастностью воспринимается как женское. Точно не известно, почему так нужно было с точки зрения эволюции, но женское лицо имеет больший контраст освещенности в районе глаз, губ и окружающей их кожи, чем мужское. Оригинальное исследование Рассела называется «A sex difference in facial pigmentation and its exaggeration by cosmetics». Контраст является важным сигналом для восприятия пола — чем контрастнее от природы внешность, тем более красивой кажется женщина, поэтому создающая контраст косметика делает женщину привлекательнее.
Иллюзия Коффера: долгие лаги
На рисунке выше большинство людей изначально видят только квадраты и лишь через несколько секунд начинают различать 16 овалов кругов.
Энтони Норциа из Исследовательского института глаза Смит-Кеттлевел (Сан-Франциско, США) в 2006 г. продемонстрировал иллюзию «coffer» — это архитектурный термин, означающий ряд утопленных дверных филенок квадратной, прямоугольной или других форм.
Иллюзия Коффера принадлежит к большому классу оптических искажений, в котором двухмерную фигуру или трехмерный объект можно увидеть несколькими четко различимыми способами. В нейробиологии есть доказательства возникновения иллюзии для некоторых неоднозначных фигур — из-за того, что наш мозг ориентирован на постоянную идентификацию объектов.
Мы видим объекты не сразу целиком, а в виде отдельных граней, контуров и фигур, которые после непродолжительной обработки группируются в нечто понятное для нашего сознания. Однако если изображение по своей сути неоднозначно, один и тот же набор равноценных элементов может трактоваться по-разному — например, образовывать круг или прямоугольник.
Иллюзия «Маска любви», взятая из книги «Удивительные оптические иллюзии» Джанни Сарконе, работает аналогично, с той лишь разницей, что у изображения одного лица либо двух целующихся лиц нет одной доминирующей роли — то, что вы увидите, зависит лишь от индивидуальных особенностей вашего мозга. Интересно, что подобным образом мозг не только обрабатывает информацию о предметах, но и распознает лица людей. Мозг считывает совокупность отдельных элементов — глаз, носа, рта и ушей. Кроме индивидуальных особенностей черт лица принимается во внимание их связь между собой и расположение. То есть лицо воспринимается как цельная система. В результате возникает иллюзия Тэтчер, когда трудно обнаружить локальные изменения на перевернутом портретном фото. Сначала перевернутое фото Маргарэт Тэтчер кажется нормальным, но если его снова развернуть на 180о, неправильное положение глаз и рта сразу бросается в глаза. На перевернутой фотографии мозгу сложнее оценить образ цельно — информация «собирается» отдельно по каждому элементу.
Как только нам показывают правильное лицо, внезапно снова подключается восприятие единой системы. Участок коры головного мозга узнает лицо и определяет направление взгляда, миндалевидное тело и островковая доля анализируют выражение лица, а участок в префронтальной зоне лобной доли и система мозга, отвечающая за чувство удовольствия, оценивают его красоту.
Оптические иллюзии в искусстве
Оптические иллюзии известны людям сотни лет и, конечно же, послужили источником вдохновения для художников. В изобразительном искусстве есть художественный прием, связанный с оптическим смещением, который демонстрирует объект легко узнаваемой формы лишь с определенной точки зрения. Он получил название анаморфоз — от греческого ???- (приставка со значением повторности) и ????? («образ, форма»). На знаменитой картине «Послы» Ганса Гольбейна Младшего, написанной в 1533 г., скрыт непрозрачный символ вечного присутствия смерти в повседневной жизни, увидеть который способны лишь «прозревающие» реальность в глубоком понимании бытия. Проще всего продемонстрировать мастерство Гольбейна в создании анаморфозы можно при помощи видео.
Намеренное искажение изображения создает особый эффект. Этот прием использовал Мауриц Эшер. Так, в работе «Бельведер» он создал двухмерное изображение постройки для обозрения окрестностей, свободной от оков трехмерного мира. Для зрителя колонны на втором этаже имеют одинаковый размер как спереди, так и сзади, но колонны сзади установлены выше. Зритель также заметит, что верхний этаж расположен под другим углом, чем остальная часть здания. Столбы на среднем этаже стоят под прямым углом, однако передние стойки поддерживают заднюю сторону верхнего этажа, в то время как задние стойки поддерживают переднюю сторону.
Влияние нейропроцессов
У подножия бельведера Эшера человек разглядывает куб Неккера — это еще одна оптическая иллюзия, которую также называют невозможным кубом из-за ребер, которые пересекаются невозможным образом. Существует гипотеза, что нейрофизиологические каналы в зрительной системе человека селективно обрабатывают информацию о глубине. Эти каналы работают по принципу взаимного дополнения — каждые 2-3 секунды активизируется один и подавляется второй, либо наоборот. Эта гипотеза также может объяснить феномен более частой смены вариантов при продолжительном наблюдении. Предполагается, что в этом случае процессы восстановления не успевают пройти полностью и смена одного варианта другим происходит быстрее. В качестве примеров мультистабильных по глубине изображений называют иллюзию «кафельной стенки», в которой ряды плиток кажутся искривленными, хотя они вовсе не искривлены, лестницу Шредера и др. Гипотез, объясняющих существование различных видов иллюзий, на самом деле великое множество. Все они нужны нам для полного понимания процессов идентификации себя и предметов в реальности. С другой стороны, за иллюзиями просто интересно наблюдать, когда даже обычная перспектива на картинах является самой настоящей иллюзией восприятия. Популярность когнитивных и оптических искажений достигла таких вершин, что общество нейрологических исследований Neural Correlate Society при поддержке Mind Science Foundation стало регулярно проводить конкурс «Лучшие зрительные иллюзии года», где от количества интересных иллюзий буквально рябит в глаза. Рекомендуем всем.
Иллюзия Мюллера-Лайера показывает, что какой-то модуль продолжает демонстрировать нам разную длину линий, несмотря на понимание того, что это неправильно. Еще одна широко известная иллюзия такого рода носит название вертикально-горизонтальной. На рисунке выше вертикальная линия кажется длиннее горизонтальной, но в действительности они равны.
