Во власти иллюзий: 5 способов, которыми мозг обманывает зрение

Анализируя ошибки мозга при обработке зрительной информации — оптические иллюзии, — можно понять, как именно он выполняет свою работу. С помощью психолога Марии Фаликман «Вокруг света» разобрался в том, на чем основаны зрительные «обманки».

Иногда иллюзии возникают из-за особенностей анатомии глаза, но чаще их создает мозг, который получает от сетчатки глаз честные и правильные сигналы, но делает из них неожиданные выводы.

Иллюзии кажутся ошибками и смущают нас, но на самом деле они говорят больше о совершенстве нашего зрительного восприятия, чем о его пробелах. С их помощью ученые пытаются понять, как мы понимаем, на что смотрим.

«Неправильные» глаза

Нейрофизиолог и создатель одной из самых обширных онлайн-коллекций иллюзий Михаэль Бах скептически относится к определению «оптические иллюзии», потому что оно предполагает несовершенство нашей зрительной системы.

Большинство иллюзий демонстрируют не пороки этой системы, а, наоборот, ее замечательную способность быстро приносить в сознание полезную информацию о том, что происходит вокруг, считает Бах. В некоторых случаях эта экспресс-доставка данных дает сбой. Такие случаи Бах предпочитает называть не иллюзиями, а «феноменами, которые раскрывают особенно эффективные особенности нашего зрения».

Впрочем, одну иллюзию назвал бы так даже Михаэль: это иллюзия пропадающего пальца. Она одна из тех немногих, что строятся на особенности зрения, которую можно назвать недостатком. Речь о слепом пятне. В конце концов, на его совести не одна автомобильная авария.

Чтобы увидеть эту иллюзию, вам не нужны никакие картинки, понадобятся только собственные руки. Вытяните их перед собой ладонями вперед. Расставьте большие пальцы, пусть они соприкасаются.

Теперь закройте один глаз, например, левый. Зафиксируйте взгляд на кончике левого указательного пальца. Двигайте кончиком правого указательного пальца. Вскоре он исчезнет, как будто растворится в воздухе!

Слепые пятна есть далеко не у всех животных. По странной прихоти эволюции они достались только хордовым животным (разумеется, только тем из них, у которых вообще есть зрение). У моллюсков — особенно хорошо в этом смысле изучены кальмары — никаких слепых пятен нет. Светочувствительные клетки на их сетчатке расположены как бы вверх ногами по сравнению с нашими, что позволяет без всяких проблем прикрепить зрительный нерв, не образуя слепого пятна.

Раньше среди биологов было принято «завидовать» головоногим и удивляться, почему таким высокоорганизованным существам, как мы с вами, достались «неправильные» глаза. Ответ на этот вопрос может звучать так же, как и на многие другие вопросы к эволюции: потому что так. Хорошо, что у нас есть мозг и второй глаз, чтобы отчасти компенсировать эту эволюционную несправедливость. А для того чтобы в слепое пятно не попало что-нибудь важное, например велосипедист на дороге, стоит почаще крутить головой.

Ошибки системы распознавания движения

В начале 2000-х японский психолог Акиёши Китаока придумал технику, позволяющую создавать иллюзии движения. Самым известным примером применения этой техники стали «змеи Китаоки». Сила техники Китаоки так велика, что люди, которые смотрят на «змей» и другие подобные иллюзии на экране, часто подозревают, что им показывают видео. На самом деле нет: движение «змей» существует только в сознании зрителя.

Техника Китаоки заключается в чередовании наборов пятен разной яркости в определенной последовательности. В данном случае последовательность такая: желтый, белый, синий, черный. Но возможны и другие варианты, в том числе в оттенках серого. Секретный ингредиент этой иллюзии — асимметрия всей композиции; добавляем ее, и изображение «плывет».

Если в слепом пятне вещи исчезают из-за того, что так устроены наши глаза, то змеи Китаоки движутся из-за того, как работает наш мозг. Точнее, из-за того, как наш мозг понимает, что глаза смотрят на движущиеся объекты. Иллюзию со змеями создают отделы мозга, которые обеспечивают обработку информации о яркости, контрасте и движении.

Резкий контраст, как между черным и белым, заставляет определенную группу нейронов мозга активироваться сразу и быстро. Менее резкие контрасты, например между синим и желтым, вызывают более плавную и продолжительную активность соответствующих нейронов. Одновременный «пуск» и первой, и второй группы нейронов вызывает активацию нейронов зрительной коры, участвующих в распознавании движения.

В иллюзии Китаоки мы видим то, чем обычно предстают глазу движущиеся объекты: россыпь контрастных пятен разной яркости. Представьте, например, быстрый автомобиль: вот его черный капот, вот блик на нем. Каждую секунду они появляются в новом месте, и мы понимаем, что машина едет. Японский профессор, выстроив похожим образом неподвижные пятна, включил в нашем мозге кнопку «движение».

Если смотреть на любую черную точку картинки Китаоки, то иллюзорное движение прекратится. В этом случае мозг успевает предотвратить ложное срабатывание «кнопки». Но стоит перевести взгляд — и змеи закружатся снова.

Около 5% людей невосприимчивы к иллюзиям Китаоки; для них змеи — вовсе не змеи, а неподвижные цветные круги. Это ничего не говорит ни о зрении, ни о психике человека. Несколько лет назад в интернете распространился миф о том, что скорость движения змей пропорциональна степени усталости смотрящего, но это не подтверждается исследованиями.

Иллюзии контекста

Взгляните на эти фотографии Пизанской башни. Какая из них наклонена сильнее? А что, если это одна и та же фотография?

Иллюзия с наклонными башнями и ей подобные доказывают, что наша зрительная система намного сложнее, чем устройство камеры или фотоаппарата. Мы не только и не столько собираем данные о цветовых пятнах — мы интерпретируем россыпи этих пятен и складываем из них представление об окружающем мире.

Если бы мы видели мир «как есть», мы бы уверенно заявили: перед нами две копии фотографии одной и той же башни, и наклон у них одинаковый. Но наше зрение эволюционировало не для того, чтобы сравнивать фотографии, а для того, чтобы оценивать реальные объекты вокруг. Поэтому наша зрительная система пытается собрать из этих изображений целостную зрительную сцену, даже когда мы специально пытаемся рассматривать их как две отдельные фотографии.

Как выглядят в реальности для наблюдателя, глядящего снизу, две башни, стоящие рядом друг с другом? По закону перспективы они тянутся вдоль линий, сходящихся в одной точке где-то высоко в небе, как эти две.

Если же башни выглядят строго параллельными, значит, на самом деле одна из них сильно наклонена относительно другой. К такому выводу подталкивает нас обученный перспективе мозг. Даже знание о том, что перед нами две отдельные фотографии, плохо помогает отделаться от привычного ощущения, что одна из башен отклоняется и вот-вот упадет.

Аналогичную иллюзию можно наблюдать и для пар фотографий горизонтальных объектов, таких как тропинки или железнодорожные рельсы, и даже для динамических изображений, например титров в кинофильме. Если разместить рядом два набора «убегающих вдаль» титров, одна из бегущих дорожек будет казаться наклоненной сильнее другой.

Как мы уже убедились на примере с башнями, для нашего мозга все относительно. И хотя у многих из нас неплохой глазомер, контекст может легко его обмануть. Отличный пример такого обмана — иллюзия Эббингауза.

Какой из оранжевых кругов больше? На самом деле они одинаковые; контекст, который создают серые круги разного размера, меняет наше восприятие — и оранжевый круг, окруженный большими серыми, кажется меньше, чем такой же круг, окруженный серыми кружками поменьше.

Иллюзии контекста — полезный инструмент изучения мозга. Вокруг иллюзии Эббингауза, например, в прошлом десятилетии возникла большая дискуссия о том, как мы видим.

В 2001 году Скотт Гловер и Питер Диксон из канадского Университета Альберты показали, что люди обманываются иллюзией Эббингауза не до конца. Когда нужно схватить центральный объект (ученые использовали объемную версию иллюзии), участники эксперимента сначала протягивали руку в полном соответствии с истинными, а не иллюзорными размерами. И только потом меняли направление движения, как будто на середине пути поддаваясь магии контекста.

Эти результаты стали доводом в защиту гипотезы о том, что в мозге существует два потока обработки зрительной информации. Их в шутку называют системой «Что?» и системой «Где?».

Иллюзию Эббингауза используют не только для проверки гипотез о том, как работает зрение. С ее помощью изучают и некоторые психические особенности, в частности аутизм. Так, в середине 1990-х появились данные, что люди с расстройствами аутистического спектра реже и в меньшей степени обманываются иллюзией Эббингауза. Родилось предположение о том, что это связано с их меньшей склонностью учитывать контекст и больше обращать внимание на объективные свойства вещей. За последние годы было собрано много данных за и против этой гипотезы.

Иллюзии опыта

«Память удивительно умеет вызывать видения», — писал Джером К. Джером. Многие зрительные иллюзии объясняются как раз способностью памяти — или, лучше сказать, опыта — подсказывать нам, как должны выглядеть вещи. Взгляните на эту фотографию: на ней изображена тарелка клубники. Какого цвета ягоды?

Большинство людей скажет, что ягоды красные, хотя на картинку наложили какой-то странный фильтр. Но красных пикселей в этом изображении нет; на самом деле клубника здесь голубовато-серая. Красной мы ее видим, в частности, потому, что клубника обычно красная. Мы много раз видели алые ягоды, пачкали красным соком руки и одежду — так сформировался наш опыт, который теперь мешает нам увидеть истинный цвет.

Как справедливо отмечает Михаэль Бах, иллюзии обнажают не дефекты восприятия, а, наоборот, очень полезные свойства нашего зрения, без которых мир вокруг нас постоянно рассыпался бы на части. Одно из важнейших свойств зрительного восприятия — его постоянство, или константность. Она обманывает нас в клубничной иллюзии, подсказывая, что ягоды просто обязаны быть красными, но в большинстве случаев оно нас выручает. Благодаря константности мы, например, видим, что у нас одинаковые ладони, даже если одну мы приблизили к лицу, а другую вытянули.

Подсказки из прошлого

Есть и такие иллюзии, которые нельзя объяснить цветосхемой глаза, например вот эта картинка. Попробуйте взглянуть на нее мельком — и тут же отвести взгляд.

Кого кормит человек на картинке? Голубей или уток? Подумайте еще, а затем снова посмотрите.

Удивлены? Перед вами идеальная иллюзия опыта. Он подсказывает вам, что кормить в парке можно стаю воробьев, голубей или уток, но никак не миниатюрных динозавров. Мозгу не хватило времени, чтобы обработать детали изображения, и на место недостающих частей картинки он мгновенно подставил то, что казалось самым логичным: то, что подсказывал предыдущий опыт.

Опыт или врожденный дар?

Опытом принято объяснять многие замечательные свойства нашего зрения — например, способность видеть объемный мир с помощью плоской сетчатки или видеть целую радугу, имея в распоряжении всего три цветовых рецептора. Предположение о том, что мы учимся видеть после рождения, строится отчасти на наблюдении за младенцами: они действительно поначалу плохо ориентируются в объемном мире, но быстро привыкают.

Но что, если мы рождаемся на свет с некоторыми зачатками того, что обычно приписывают индивидуальному опыту? Редкая возможность проверить это представилась ученым, участвующим в индийском проекте «Пракаш». В рамках проекта сотням детей и подростков с излечимой слепотой вернули зрение.

К удивлению исследователей, только что прозревшие дети в возрасте от 8 до 16 лет в первый же зрячий день поддавались двум классическим иллюзиям, которые до сих пор объяснялись «привычкой» мозга интерпретировать увиденное.

В иллюзии Понцо одинаковые полоски представляются людям разными: короче и длиннее — в зависимости от положения на изображении, в котором присутствует перспектива. В иллюзии Мюллера-Лайера одинаковые отрезки, обрамленные разными стрелками, тоже кажутся разными по длине.

Обе иллюзии обманывают нас, показывая, как хорошо мы умеем учитывать перспективу. Раньше это умение часто объясняли опытом, накопленным во время взаимодействия с предметами, близкими и далекими, в раннем детстве. Но если люди, никогда не тренировавшие этот навык, мгновенно обретают его, то, возможно, дело не только в опыте. Может быть, мы рождаемся уже готовыми к тому, чтобы посмотреть на мир вокруг — и увидеть его.

_{Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 5, июнь 2021, частично обновлен в июне 2023}