В визуальном восприятии оптическая иллюзия (также называемая зрительной иллюзией [2] ) — это иллюзия, вызванная зрительной системой и характеризующаяся визуальным восприятием , которое, как утверждают, кажется отличным от реальности . Иллюзии бывают самых разных видов; их категоризация затруднена, поскольку основная причина часто не ясна [3], но классификация [1] [4], предложенная Ричардом Грегори , полезна в качестве ориентира. Согласно ей, существует три основных класса: физические, физиологические и когнитивные иллюзии, и в каждом классе есть четыре вида: неоднозначности, искажения, парадоксы и вымыслы. [4] Классическим примером физического искажения может быть кажущееся изгибание палки, наполовину погруженной в воду; примером физиологического парадокса является последействие движения (когда, несмотря на движение, положение остается неизменным). [4] Примером физиологической фикции является послеобраз . [4] Три типичных когнитивных искажения — это иллюзия Понцо , Поггендорфа и Мюллера-Лайера . [4] Физические иллюзии вызываются физической средой, например, оптическими свойствами воды. [4] Физиологические иллюзии возникают в глазу или зрительном пути, например, из-за эффектов чрезмерной стимуляции определенного типа рецепторов. [4] Когнитивные зрительные иллюзии являются результатом бессознательных выводов и, возможно, являются наиболее широко известными. [4]
Патологические зрительные иллюзии возникают вследствие патологических изменений в физиологических механизмах зрительного восприятия , вызывающих вышеупомянутые типы иллюзий; они обсуждаются, например, в разделе зрительные галлюцинации .
Оптические иллюзии, а также мультисенсорные иллюзии, включающие зрительное восприятие, также могут использоваться для мониторинга и реабилитации некоторых психологических расстройств, включая синдром фантомных конечностей [5] и шизофрению . [6]
Знакомое явление и пример физической зрительной иллюзии — это когда горы кажутся намного ближе в ясную погоду с низкой влажностью ( Фен ), чем они есть на самом деле. Это происходит потому, что дымка — это сигнал для восприятия глубины , [7] сигнализирующий о расстоянии до далеких объектов ( воздушная перспектива ).
Классический пример физической иллюзии — когда палка, наполовину погруженная в воду, кажется изогнутой. Это явление обсуждалось Птолемеем ( ок . 150 г. ) [8] и часто было прототипическим примером иллюзии.
Физиологические иллюзии, такие как остаточные изображения [9] после яркого света или адаптация стимулов чрезмерно длительных чередующихся паттернов ( условный перцептивный последействие ), предположительно являются эффектами на глаза или мозг чрезмерной стимуляции или взаимодействия с контекстными или конкурирующими стимулами определенного типа — яркости, цвета, положения, плитки, размера, движения и т. д. Теория заключается в том, что стимул следует своему индивидуальному выделенному нейронному пути на ранних стадиях визуальной обработки и что интенсивная или повторяющаяся активность в этом или взаимодействие с активными смежными каналами вызывают физиологический дисбаланс, который изменяет восприятие.
Иллюзия сетки Германа и полосы Маха — это две иллюзии , которые часто объясняются с помощью биологического подхода. Боковое торможение , когда в рецептивных полях сетчатки рецепторные сигналы от светлых и темных областей конкурируют друг с другом, использовалось для объяснения того, почему мы видим полосы повышенной яркости на краю цветового различия при просмотре полос Маха. Как только рецептор активируется, он подавляет соседние рецепторы. Это торможение создает контраст, выделяя края. В иллюзии сетки Германа серые пятна, которые появляются на пересечениях в периферийных местах, часто объясняются как возникающие из-за бокового торможения окружением в более крупных рецептивных полях. [10] Однако боковое торможение как объяснение иллюзии сетки Германа было опровергнуто . [11] [12] [13] [14] [ 15] Более поздние эмпирические подходы к оптическим иллюзиям имели определенный успех в объяснении оптических явлений, с которыми боролись теории, основанные на боковом торможении. [16]
Предполагается, что когнитивные иллюзии возникают в результате взаимодействия с предположениями о мире, что приводит к «бессознательным выводам» — идея, впервые предложенная в 19 веке немецким физиком и врачом Германом Гельмгольцем . [17] Когнитивные иллюзии обычно делятся на неоднозначные иллюзии , искажающие иллюзии, парадоксальные иллюзии или вымышленные иллюзии.
Чтобы осмыслить мир, необходимо организовать входящие ощущения в информацию, которая имеет смысл. Гештальт-психологи считают, что один из способов сделать это — воспринимать отдельные сенсорные стимулы как осмысленное целое. [21] Гештальт-организация может быть использована для объяснения многих иллюзий, включая иллюзию кролика-утки , где изображение как целое переключается туда и обратно с утки на кролика, и почему в иллюзии фигура-фон фигура и фон обратимы.
Кроме того, теория гештальта может быть использована для объяснения иллюзорных контуров в треугольнике Канизы . Виден плавающий белый треугольник, которого не существует. Мозгу необходимо видеть знакомые простые объекты, и он имеет тенденцию создавать «целостное» изображение из отдельных элементов. [21] Гештальт означает «форма» или «очертание» на немецком языке. Однако другое объяснение треугольника Канизы основано на эволюционной психологии и на том факте, что для выживания важно было видеть форму и края. Использование перцептивной организации для создания смысла из стимулов является принципом, лежащим в основе других известных иллюзий, включая невозможные объекты . Мозг осмысливает формы и символы, складывая их вместе, как пазл, формулируя то, чего нет, в то, что является правдоподобным.
Гештальт -принципы восприятия управляют тем, как группируются различные объекты. Хорошая форма — это когда перцептивная система пытается заполнить пробелы, чтобы увидеть простые объекты, а не сложные. Непрерывность — это когда перцептивная система пытается устранить неоднозначность, какие сегменты подходят друг другу в непрерывные линии. Близость — это когда объекты, которые находятся близко друг к другу, связаны. Сходство — это когда объекты, которые похожи, рассматриваются как связанные. Некоторые из этих элементов были успешно включены в количественные модели, включающие оптимальную оценку или байесовский вывод. [22] [23]
Теория двойной привязки, популярная, но недавняя теория иллюзий яркости, утверждает, что любая область принадлежит к одной или нескольким рамкам, созданным принципами группировки гештальта, и в каждом кадре независимо привязывается как к самой высокой яркости, так и к окружающему свету. Яркость пятна определяется средним значением, вычисленным в каждой рамке. [24]
Иллюзии могут быть основаны на способности человека видеть в трех измерениях, даже если изображение, попадающее на сетчатку, является только двухмерным. Иллюзия Понцо является примером иллюзии, которая использует монокулярные сигналы восприятия глубины, чтобы обмануть глаз. Но даже с двухмерными изображениями мозг преувеличивает вертикальные расстояния по сравнению с горизонтальными, как в вертикально-горизонтальной иллюзии , где две линии имеют абсолютно одинаковую длину.
В иллюзии Понцо сходящиеся параллельные линии говорят мозгу, что изображение выше в поле зрения находится дальше, поэтому мозг воспринимает изображение как большее, хотя два изображения, попадающие на сетчатку, имеют одинаковый размер. Оптическая иллюзия, наблюдаемая в диораме / ложной перспективе, также использует предположения, основанные на монокулярных сигналах восприятия глубины . Картина М. К. Эшера «Водопад » использует правила глубины и близости и наше понимание физического мира для создания иллюзии. Как и восприятие глубины , восприятие движения отвечает за ряд сенсорных иллюзий. Анимация фильмов основана на иллюзии, что мозг воспринимает серию слегка различающихся изображений, созданных в быстрой последовательности, как движущуюся картинку. Аналогично, когда мы движемся, как если бы мы ехали в транспортном средстве, устойчивые окружающие объекты могут казаться движущимися. Мы также можем воспринимать большой объект, например самолет, как движущийся медленнее, чем более мелкие объекты, например автомобиль, хотя на самом деле более крупный объект движется быстрее. Феномен фи — еще один пример того, как мозг воспринимает движение, которое чаще всего создается миганием света в близкой последовательности.
Неопределенность направления движения из-за отсутствия визуальных ориентиров для глубины показана в иллюзии вращающегося танцора . Вращающийся танцор, кажется, движется по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от спонтанной активности в мозге, где восприятие субъективно. Недавние исследования на фМРТ показывают, что существуют спонтанные колебания в корковой активности при наблюдении за этой иллюзией, особенно теменной доли, поскольку она участвует в восприятии движения. [25]
Перцептивные константы являются источниками иллюзий. Постоянство цвета и постоянство яркости ответственны за то, что знакомый объект будет казаться одного и того же цвета независимо от количества света или цвета света, отражающегося от него. Иллюзия разницы в цвете или разницы в яркости может быть создана, когда яркость или цвет области, окружающей незнакомый объект, изменяются. Яркость объекта будет казаться ярче на черном поле (которое отражает меньше света), чем на белом поле, даже если сам объект не изменил свою яркость. Аналогично глаз будет компенсировать цветовой контраст в зависимости от цветового оттенка окружающей области.
В дополнение к принципам восприятия гештальта, иллюзии акварели способствуют формированию оптических иллюзий. Иллюзии акварели состоят из эффектов объектного отверстия и окраски. Эффект объектного отверстия возникает, когда границы становятся заметными там, где есть фигура и фон с отверстием, которое имеет объемный вид 3D. Окрашивание состоит из ассимиляции цвета, исходящего от тонкого цветного края, выстилающего более темный хроматический контур. Иллюзия акварели описывает, как человеческий разум воспринимает целостность объекта, например, обработку сверху вниз. Таким образом, контекстуальные факторы играют роль в восприятии яркости объекта. [26]
Так же, как он воспринимает постоянство цвета и яркости, мозг обладает способностью понимать знакомые объекты как имеющие постоянную форму или размер. Например, дверь воспринимается как прямоугольник независимо от того, как изображение может меняться на сетчатке при открытии и закрытии двери. Однако незнакомые объекты не всегда следуют правилам постоянства формы и могут меняться при изменении перспективы. Иллюзия таблиц Шепарда [27] является примером иллюзии, основанной на искажениях постоянства формы.
[ сомнительный – обсудить ]
Исследователь Марк Чангизи из Политехнического института Ренсселера в Нью-Йорке имеет более изобретательный взгляд на оптические иллюзии, утверждая, что они вызваны нейронной задержкой, которую большинство людей испытывают во время бодрствования. Когда свет попадает на сетчатку, проходит около одной десятой секунды, прежде чем мозг преобразует сигнал в визуальное восприятие мира. Ученые знали о задержке, но они спорили о том, как люди ее компенсируют, и некоторые предполагают, что наша двигательная система каким-то образом изменяет наши движения, чтобы компенсировать задержку. [28]
Чангизи утверждает, что зрительная система человека развилась, чтобы компенсировать задержки нейронов, создавая изображения того, что произойдет на одну десятую секунды в будущем. Это предвидение позволяет людям реагировать на события в настоящем, позволяя людям выполнять рефлекторные действия, такие как ловля мяча, и плавно маневрировать сквозь толпу. [29] В интервью ABC Чангизи сказал: «Иллюзии возникают, когда наш мозг пытается воспринять будущее, и эти восприятия не соответствуют реальности». [30] Например, иллюзия, называемая иллюзией Геринга, выглядит как спицы велосипеда вокруг центральной точки с вертикальными линиями по обе стороны от этой центральной, так называемой точки схода. [31] Иллюзия обманывает нас, заставляя думать, что мы смотрим на перспективную картину, и таким образом, по словам Чангизи, включает наши способности видеть будущее. Поскольку мы на самом деле не двигаемся, а фигура статична, мы ошибочно воспринимаем прямые линии как кривые. Чангизи сказал:
Эволюция позаботилась о том, чтобы геометрические рисунки, подобные этому, вызывали у нас предчувствия ближайшего будущего. Сходящиеся линии к точке схода (спицы) — это сигналы, которые обманывают наш мозг, заставляя его думать, что мы движемся вперед — как в реальном мире, где дверная рама (пара вертикальных линий) кажется выгнутой, когда мы проходим через нее — и мы пытаемся представить, как будет выглядеть этот мир в следующее мгновение. [29]
Патологическая зрительная иллюзия — это искажение реального внешнего стимула [32] , часто диффузное и постоянное. Патологические зрительные иллюзии обычно возникают по всему полю зрения, что указывает на глобальную возбудимость или изменения чувствительности. [ 33] В качестве альтернативы зрительная галлюцинация — это восприятие внешнего зрительного стимула там, где его нет. [32] Зрительные галлюцинации часто возникают из-за фокальной дисфункции и обычно являются преходящими.
К типам зрительных иллюзий относятся осциллопсия , ореолы вокруг объектов , иллюзорная палинопсия ( зрительное слежение , световые полосы , длительные нечеткие остаточные изображения ), акинетопсия , визуальный снег , микропсия , макропсия , телеопсия , пелопсия , метаморфопсия , дисхроматопсия , интенсивный блеск , энтоптический феномен синего поля и деревья Пуркинье .
Эти симптомы могут указывать на скрытое заболевание и требуют обращения к врачу. Этиологии, связанные с патологическими зрительными иллюзиями, включают множественные типы заболеваний глаз , мигрени , персистирующее расстройство восприятия галлюциногенов , черепно-мозговую травму и рецептурные препараты . Если медицинское обследование не выявляет причину патологических зрительных иллюзий, идиопатические зрительные нарушения могут быть аналогичны измененному состоянию возбудимости, наблюдаемому при зрительной ауре без мигренозной головной боли. Если зрительные иллюзии диффузные и постоянные, они часто влияют на качество жизни пациента. Эти симптомы часто не поддаются лечению и могут быть вызваны любой из вышеупомянутых этиологий, но часто являются идиопатическими. Стандартного лечения этих зрительных нарушений не существует.
Иллюзия резиновой руки (RHI), мультисенсорная иллюзия, включающая как визуальное восприятие , так и осязание , использовалась для изучения того, как синдром фантомной конечности влияет на ампутантов с течением времени. [5] Ампутанты с синдромом на самом деле реагировали на RHI сильнее, чем контрольная группа, эффект, который часто был одинаковым для обеих сторон неповрежденной и ампутированной руки. [5] Однако в некоторых исследованиях ампутанты на самом деле имели более сильную реакцию на RHI на своей неповрежденной руке, и более поздние ампутанты реагировали на иллюзию лучше, чем ампутанты, у которых не было руки в течение многих лет или больше. [5] Исследователи полагают, что это признак того, что схема тела , или ощущение человеком собственного тела и его частей, постепенно адаптируется к состоянию после ампутации. [5] По сути, ампутанты учились больше не реагировать на ощущения вблизи того, что когда-то было их рукой. [5] В результате многие предложили использовать RHI в качестве инструмента для мониторинга прогресса людей с ампутированными конечностями в снижении ощущений фантомных конечностей и адаптации к новому состоянию своего тела. [5]
В других исследованиях RHI использовался для реабилитации ампутантов с протезами конечностей. [34] После длительного воздействия RHI ампутанты постепенно переставали чувствовать диссоциацию между протезом (который напоминал резиновую руку) и остальной частью своего тела. [34] Считалось, что это происходило потому, что они приспосабливались к реагированию и движению конечности, которая не ощущалась связанной с остальной частью их тела или чувств. [34]
RHI также может использоваться для диагностики определенных расстройств, связанных с нарушением проприоцепции или нарушением осязания у людей без ампутации конечностей. [34]
Шизофрения , психическое расстройство, часто сопровождающееся галлюцинациями , также снижает способность человека воспринимать оптические иллюзии высокого порядка. [6] Это происходит потому, что шизофрения ухудшает способность человека выполнять нисходящую обработку и более высокую интеграцию визуальной информации за пределами первичной зрительной коры, V1 . [6] Понимание того, как это конкретно происходит в мозге, может помочь в понимании того, как визуальные искажения , помимо воображаемых галлюцинаций , влияют на пациентов с шизофренией. [6] Кроме того, оценка различий между тем, как пациенты с шизофренией и здоровые люди видят иллюзии, может позволить исследователям лучше определить, где в зрительных потоках обрабатываются конкретные иллюзии . [6]
Одно исследование пациентов с шизофренией показало, что они с крайне малой вероятностью будут обмануты трехмерной оптической иллюзией, иллюзией полого лица , в отличие от нейротипичных добровольцев. [35] Основываясь на данных фМРТ , исследователи пришли к выводу, что это произошло из-за разрыва между их системами для обработки визуальных сигналов снизу вверх и интерпретации этих сигналов сверху вниз в теменной коре . [35] В другом исследовании иллюзии слепоты, вызванной движением (MIB) (на фото справа), пациенты с шизофренией продолжали воспринимать неподвижные визуальные цели даже при наблюдении отвлекающих стимулов движения, в отличие от нейротипичных контрольных лиц , которые испытывали слепоту, вызванную движением. [36] Испытуемые с шизофренией продемонстрировали нарушенную когнитивную организацию, что означает, что они были менее способны координировать свою обработку сигналов движения и неподвижных сигналов изображения. [36]
Художники, которые работали с оптическими иллюзиями, включают MC Escher , [37] Bridget Riley , Salvador Dalí , Giuseppe Arcimboldo , Patrick Bokanowski , Marcel Duchamp , Jasper Johns , Oscar Reutersvärd , Victor Vasarely и Charles Allan Gilbert . Современные художники, которые экспериментировали с иллюзиями, включают Jonty Hurwitz , Sandro del Prete , Octavio Ocampo , Dick Termes , Shigeo Fukuda , Patrick Hughes , István Orosz , Rob Gonsalves , Gianni A. Sarcone , Ben Heine и Akiyoshi Kitaoka . Оптическая иллюзия также используется в кино с помощью техники принудительной перспективы .
Оп-арт — это стиль искусства, который использует оптические иллюзии для создания впечатления движения или скрытых образов и узоров. Тромплей использует реалистичные образы для создания оптической иллюзии, что изображенные объекты существуют в трех измерениях.
В нескольких азиатских странах открылись туристические достопримечательности, использующие масштабное иллюзорное искусство, позволяющее посетителям фотографировать себя в фантастических сценах, например, Музей оптических иллюзий и Гонконгский 3D-музей . [38] [39]
Гипотеза утверждает, что зрительные иллюзии возникают из-за того, что нейронная схема в нашей зрительной системе развивается посредством нейронного обучения в систему, которая делает очень эффективные интерпретации обычных 3D-сцен, основанные на появлении упрощенных моделей в нашем мозге, которые ускоряют процесс интерпретации, но приводят к оптическим иллюзиям в необычных ситуациях. В этом смысле гипотезу когнитивных процессов можно считать основой для понимания оптических иллюзий как сигнатуры эмпирического статистического способа, которым зрение развивалось для решения обратной задачи. [40]
Исследования показывают, что возможности 3D-зрения возникают и усваиваются совместно с планированием движений. [41] То есть, по мере того, как сигналы глубины воспринимаются лучше, люди могут разрабатывать более эффективные модели движения и взаимодействия в 3D-среде вокруг них. [41] После длительного процесса обучения возникает внутреннее представление мира, которое хорошо приспособлено к воспринимаемым данным, поступающим от более близких объектов. Представление удаленных объектов вблизи горизонта менее «адекватно». [ необходимо дальнейшее объяснение ] На самом деле, не только Луна кажется больше, когда мы воспринимаем ее вблизи горизонта. На фотографии удаленной сцены все удаленные объекты воспринимаются меньше, чем когда мы наблюдаем их напрямую, используя наше зрение.