Нове дослідження показує, що численні зорові ілюзії викликані обмеженнями в роботі наших очей і зорових нейронів, а не складнішими психологічними процесами, як вважалось раніше.

Вчені досліджували оптичні ілюзії, в яких оточення об’єкта впливає на те, як ми бачимо його колір або вигляд. Стаття, опублікована в журналі PLOS Computational Biology, називається «Модель появи кольору на основі ефективного кодування природних зображень».

Вчені та філософи довго сперечалися, чи викликані ці ілюзії нейронними процесами в оці та низькорівневими зоровими центрами в мозку, чи залучають розумові процеси вищого рівня, такі як розуміння контексту і попередні знання.

У новому дослідженні доктор Джоліон Трощанко з Університету Ексетера розробив модель, яка пропонує прості обмеження нейронних реакцій, а не глибші психологічні процеси, які пояснюють ці ілюзії.

Дві сірі смуги посередині цієї фігури однаково сірі, але та, що ліворуч (оточена більшою кількістю чорних смуг), здається темнішою. Це протилежно наведеному вище прикладу одночасного контрасту, оскільки темніші рамки тепер роблять ціль темнішою. Авторство: Джоліон Трощанко

«Наші очі надсилають повідомлення в мозок, змушуючи нейрони працювати швидше або повільніше, — сказав д-р Трощанко з Центру екології та охорони природи в Пенрінському кампусі Ексетера в Корнуоллі. – Однак існує обмеження щодо того, як швидко вони можуть подавати сигнали, і попередні дослідження не розглядали, як обмеження можуть вплинути на те, як ми бачимо колір».

Модель поєднує цю «обмежену смугу пропускання» з інформацією про те, як люди сприймають візерунки в різних масштабах, разом із припущенням, що наш зір найкраще працює, коли ми дивимося на природні сцени.

Модель була розроблена дослідниками з Університетів Ексетера та Сассекса, щоб передбачити, як тварини бачать кольори, але також виявилося, що вона правильно передбачає багато візуальних ілюзій, які бачать люди.

«Це спростовує багато давніх припущень про те, як працюють зорові ілюзії», — сказав доктор Трощанко.

На верхніх поверхнях обох кубів є жовті та сині плитки. Однак ті, які виглядають жовтими ліворуч, насправді мають сірий колір, який ідентичний синім плиткам праворуч. Наша модель може допомогти пояснити, як об’єкти виявляються однаковими за кольором, навіть коли освітлення змінюється, і чому в ілюзіях такий сірий виглядає кольоровим. Авторство: Джоліон Трощанко

Він сказав, що результати також проливають світло на популярність телевізорів високої чіткості.

«Сучасні телевізори з широким динамічним діапазоном створюють яскраві білі області, які більш ніж у 10 000 разів яскравіші за найтемніший чорний, наближаючись до рівнів контрастності природних сцен», – додав д-р Трощанко.

«Як наші очі та мозок можуть впоратися з цим контрастом, залишається загадкою, тому що тести показують, що найвищий контраст, який ми, люди, можемо побачити в одному просторовому масштабі, становить приблизно 200:1.

Ще більш заплутаним є те, що нейрони, які з’єднують наші очі з нашим мозком, можуть працювати лише з контрастами приблизно 10:1.

Наша модель показує, як нейрони з такою обмеженою контрастною смугою пропускання можуть комбінувати свої сигнали, щоб дозволити нам побачити ці величезні контрасти, але інформація «стискається», що призводить до візуальних ілюзій.

Ця модель показує, як наші нейрони побудовані, щоб використовувати кожену невелику можливість.

Наприклад, деякі нейрони чутливі до дуже незначних різниць у рівнях сірого в середньому масштабі, але їх легко перевантажити високими контрастами.

Тим часом нейрони, що кодують контрасти у великих або менших масштабах, набагато менш чутливі, але можуть працювати в набагато ширшому діапазоні контрастів, створюючи глибокі чорно-білі відмінності.

Зрештою, це показує, як система з сильно обмеженою нейронною смугою пропускання та чутливістю може сприймати контрасти більше 10 000:1», – каже він.

Оригінальна стаття була опублікована на порталі Medical Xpress 15 липня 2023 року.