ЯПОНСКОЕ ОБЩЕСТВО НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ

ЛАБОРАТОРИЯ РАЗУМА

Композиция сайта

«Лаборатория разума» разделена на 4 тематических раздела. Каждый раздел сопровождается коротким вступительным фильмом в начале и четырех секций, которые называются «пробами/испытаниями». При первом использовании «Лаборатории разума» рекомендуется начинать с просмотра вступительного фильма первого раздела и далее следовать пошагово в заданном порядке. Пользователи также могут выбрать для просмотра любой из четырех фильмов и 16 испытаний, используя карту сайта.

Идея «Лаборатории Разума»

В 16 испытаниях пользователи испытают на себе визуальные феномены и иллюзии, которые используются для исследований в психологических экспериментах. Эти феномены и иллюзии заставят пользователя засомневаться в своих глазах и приведут к их открытию таинства их восприятия. В конце они узнают удивительную правду о том, как мозг бессознательно интерпретирует информацию, поступающую из окружающего мира, для построения нашего визуального мира в соответствии с окружающим. Мир, который мы воспринимаем, - не просто отражение физического мира, а результат широкого разнообразия процессов внутри мозга.

Ресурс: http://jvsc.jst.go.jp/find/mindlab/english/index.html

Перевод с английского: Шимкова Ю.Г.

РАЗДЕЛ I

ИЛЛЮЗИЯ НЕПРЕРЫВНОСТИ МИРА

Фильм. Когда мы смотрим на мир, мы думаем, что наши глаза передают визуальную

информацию обо всем, что мы видим, в мозг, который преобразует ее в визуальное

восприятие. Мы также думаем, что окружающий мир непрерывен и синхронизирован со

временем, отображая мир, который безостановочно проплывает перед нашими глазами.

Но на самом деле, это иллюзии, создаваемые мозгом. В разделе 1 мы начнем с того, что

увидим, что наши глаза функционируют не так хорошо, как мы думаем – исследование

слепого пятна, пространственное разрешения наших глаз и ограниченного визуального

пространства, в котором мы способны распознавать цвета. Мы также познакомимся

со специальными движениями глаз, известными как саккады, которые возникают

бессознательно для компенсации ограниченной функциональности наших глаз. В конце мы

узнаем, что визуальная информация, обрабатываемая мозгом, на самом деле не

синхронизируется с пространством и временем, а скорее интерпретируется как

последовательность статических изображений. Это означает, что кажущаяся нам

визуальная бесконечность действий на самом деле иллюзия, создаваемая мозгом, чтобы

скомпенсировать прерывания.

ИССЛЕДОВАНИЕ 1. Заполнение слепого пятна

Когда мы смотрим на окружающий физический мир, мы думаем, что видим все в нашем

поле зрения. Тем не менее, на сетчатке каждого глаза есть участок не восприимчивый к

свету, что создает «невидимую» область в нашем поле зрения, которую обычно называют

«слепым пятном».

Обычно мы не замечаем этого слепого пятна, но его легко найти. Сначала закройте рукой

ваш левый глаз и смотрите правым глазом прямо на значок «+» где-то на расстоянии 30см

от экрана. Подвигайте плавно головой вперед и назад, не отрывая взгляда от знака «+».

Таким образом вы найдете положение, в котором черный диск не будет виден. Как только

вы найдете это положение, зафиксируйте это положение и нажмите пробел. Это докажет,

что вы не видите, что происходит на самом деле [прим. переводчика: при нажатии на

пробел черный диск меняется на вращающуюся планету, но человек видит просто белый

лист без изменений].

[Прим. переводчика: далее идет замер зоны слепого пятна, у меня составил где-то 2 см на

4 см].

Так почему же мы обычно не замечаем такую достаточно большую, пустую область? Это

связано с тем, что информация, поступающая в каждый глаз, используется для

компенсации слепого пятна другого глаза. Тем не менее, даже если вы будете смотреть на

мир одни глазом, вы не найдете области, которая оказалась бы пустой. С чем это связано?

Секрет заключается в том, что автоматически дополняет недостающую информацию,

чтобы скомпенсировать слепое пятно. Например, если мы поменяем цвет фона,

окружающий наше слепое пятно, мы увидим, как мозг заполняет зону слепого пятна этим

цветом. [Прим. переводчика: при нажатии на пробел вокруг черного диска цвет фона

меняется (квадрат 5х5). Диск глаз не видит, но меняется цвет фона]. Если добавить линии

[прим. переводчика: линии прерывистые, но прерываются в зоне слепого пятна],

возникает еще более интересный феномен. Мозг соединяет два обрезка линий и

отображает их как одну цельную линию.

В следующем примере с простой движущейся решеткой мозг идеально заполняет

пустоты. [Прим. переводчика: яблоко глаз не видит, но вращающая по часовой стрелке

решетка видна полностью]:

Мозг анализирует пространство вокруг слепого пятна и бессознательно дополняет его

информацией, которая, скорее всего, должна была бы быть внутри слепого пятна.

ИССЛЕДОВАНИЕ 2. Ограничения наших глаз

Какую площадь пространства наши глаза могут увидеть за раз? Не двигаясь наши глаза

могут видеть область в приблизительно 180 градусов с лева на право и приблизительно

130 градусов сверху вниз. Обычно нам кажется, что мы можем все видеть четко в

пределах этой зоны.

Тем не менее, фактическая область, в пределах которой мы можем видеть четко по

размерам не больше большого пальца, если на него смотреть на расстоянии вытянутой

руки. Как только мы покидаем эту зону, острота нашего зрения резко падает.

Зафиксируйте взгляд на знаке «+» и поэкспериментируйте с тем, насколько хорошо вы

можете прочитать окружающие буквы. Скорее всего, вы обнаружите, что чем дальше от

знака «+» расположены буквы, тем более расплывчаты они. Когда мы увеличиваем буквы

до размера, при котором они все четко распознаются, понимаешь, насколько ничтожна

наша визуальная острота в периферии зрительного поля.

Возможности глаза распознавать цвет также падают, когда мы уходим больше периферию

нашего зрительного поля. Давайте проверим это простым экспериментом.

[Прим. переводчика: на картинке отмечено кружком расстояние от знака «+», на котором

я распознаю цвет]

Хотя вы видите, что в периферии что-то появилось, вы не можете определить, какого оно

цвета. Факт в том, что мы можем воспринимать цвет только в ограниченной области

нашего зрительного поля.

Функции наших глаз ограничены тем, что наша визуальная острота наиболее высокая

только в самом центре нашего зрительного поля и что цвет может восприниматься только

в его ограниченной области. Но как же тогда мы воспринимаем мир таким четким и

цветным, несмотря на ограниченные возможности глаза? Ответ находится в факте того,

что мы постоянно двигаем глазами. Мозг конструирует визуальный мир, опираясь на

визуальную информацию, получаемую каждый раз, когда наши глаза осуществляют

движение и фиксацию, позволяя нам воспринимать все в поле нашего зрения таким, как

если бы оно было идеально четким.

ИССЛЕДОВАНИЕ 3. Таинство саккады

Мы увидели, что наши глаза, источники визуальной информации, имеют удивительно

низкую остроту за пределами пространства, на котором глаза сфокусированы и что они не

способны распознавать цвета в периферической визуальной зоне. Из-за этих ограничений

мы постоянно двигаем глазами, фокусируясь на различных объектах в центре нашего

зрительного поля, собирая, таким образом, информацию об окружающем нас мире.

Такие движения глаз называют саккадами и они происходят бессознательно несколько раз

в секунду. Эти движения мгновенны и меняют фокусировку линейно – от точки к точке.

Мы можем делать сознательные саккады, когда хотим сфокусироваться на объекте,

который хотим увидеть, но мы не можем прервать саккады, если они уже выполняются.

Даже когда вы читаете это текст, ваши глаза постоянно делают саккады

Причина, по которой мы воспринимаем наш субъективный визуальный мир четким, не

смотря на постоянное движение глаз, остается загадкой. Во время саккад или других

быстрых движений глаз, наша визуальная картинка должна была бы быть размытой. Но

помутнение, которые мы должны бы были видеть несколько раз в секунду никогда не

достигает нашего сознания.

Эта загадка может объяснять механизмом, известным как саккадическое подавление. Во

время саккады, визуальная информация моментально подавляется таким образом, чтобы

помутнение не было замеченным.

Но, тем не менее, этот гениальный механизм лишь создает еще большую загадку. Почему

мы не фиксируем пустоты во времени, которые должны бы были испытывать при

саккадическом подавлении?

Мозг создает иллюзорные восприятия. Поэтому не фиксируем пустоты во времени,

которые должны были испытать во время саккады. Особенности того, как мозг создает эти

иллюзии, неизвестны. Но испытать результат этого механизма можно на простом

эксперименте.

[Прим. переводчика: это анимированные часы с правильной секундной стрелкой]

Мы будем использовать часы на экране. Сначала посмотри за пределами экранами, но так

чтобы вы часы видели. Затем посмотрите на секундную стрелку часов как можно быстрее.

Другими словами, постарайтесь искусственно создать саккады. Через несколько попыток

вы скорее всего заметите, что секундная стрелка стала останавливаться дольше, чем на 1

секунду. Это иллюзорное восприятие, созданное мозгом. Когда мозг распознает

«замершую секундную стрелку» сразу после саккады, мозг заключает, что «секундная

стрелка была замершей во время саккады тоже» и показывает нам остановившиеся часы.

ИССЛЕДОВАНИЕ 4. Видимое движение

Нам кажется, что наш визуальный мир непрерывен и плавно протекает у нас перед

глазами. Хотя, мы уже увидели, как визуальная информация, обрабатываемая мозгом,

прерывается во времени из-за саккадического подавления. Мозг не регистрирует

абсолютно все, что происходит в окружающем мире, но успешно подбирает образцы

визуальной информации с частотой несколько раз в секунду, чтобы построить визуальный

мир таким, чтобы он казался непрерывным.

Фильмы и анимация – виды изобразительного искусства, которые используют

преимущества этих визуальных механизмов компенсации недостающей информации.

Фильму необходимо воспроизвести 24 кадра в секунду, а телевидение отображает 30

кадров секунду, чтобы воссоздать иллюзию движения в мозге. Даже бабочка, которую вы

видите сейчас на экране – это всего лишь быстрое отображение последовательности из 30

картинок.

Показ одинакового количества кадров в секунду в качестве фильма вовсе не необходимо

для того, чтобы создать иллюзию движения. Мозг будет воспринимать движение даже от

быстрой смены двух простых картинок [прим. переводчика: например, квадратик в

противоположных углах экрана]. Еще один интересный момент здесь заключается в том,

что даже если эти картинки будут совершенно разных цветов, иллюзия движения все

равно сохранится.

Эта иллюзия движения без какого либо физического движения известна под названием

«видимое движение». Реалистичные картинки в фильмах и на телевидении также можно

назвать более сложными формами видимого движения.

Поскольку наш мозг строит визуальный мир, опираясь на бесконечное количество

данных, вполне возможно, что физическое движение он обрабатывает таким же образом

или схожим, как видимое движение.

РАЗДЕЛ II

ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНОГО МИРА ПО

ДВУМЕРНЫМ ИЗОБРАЖЕНИЯМ Фильм. Мы живем в мире трех измерений: с длиной, шириной и глубиной. Тем не менее,

когда мы смотрим на окружающий мир, информация, которую посылают глаза в мозг –

двухмерный. Причина в том, что мир, в котором мы живем, проецируется на сетчатку

глаза как двухмерное изображение. Это означает, что процесс видения чего-то может

рассматриваться как процесс интерпретации мозгом этих двухмерных картинок и

построения по ним трехмерного мира. Тем не менее из-за того, что существует

неисчисляемое количество ситуаций, которые могут потенциально создать одинаковую

картинку на сетчатке, мозг не всегда способен определить единственное решение как

реконструировать изображение. Другими словами, визуальный мир, который мы на себе

испытываем, лишь одна из интерпретаций множества возможностей, которую мозг в

данный момент времени выбрал. Во втором разделе мы откроем для себя несколько

важных подсказок, от которых отталкивается мозг при построении трехмерного мира.

Мы также испытаем необыкновенные визуальные иллюзии, которые возникают на этих

подсказках, которые мозг использует при бессознательных интерпретациях.

ИССЛЕДОВАНИЕ 5. Наследственная перспектива

Большая и маленькая кошки сидят в прямом коридоре и смотрят прямо на нас. Но на

самом деле, обе кошки - одинакового размера. Эта своеобразная визуальная иллюзия

создается за счет линий, которые образуют коридор за кошками и нарисованы с

использованием линейной перспективы. Если вдруг убрать эти линии, Вы заметите, что

кошки – одинакового размера.

Чем же вызвана эта иллюзия?

Когда узор с линиями, отображаемый на сетчатке глаза, придерживается линейной

перспективы, мозг интерпретирует изображение на сетчатке, как мир с глубиной и не

имеет значения, смотрим ли на плоскую двухмерную картинку или на окружающий нас

трехмерный мир.

Эта автоматическая «интерпретация глубины» частично является причиной, по которой

кошка, которая сидит дальше, кажется больше.

Если пойти дальше по коридору, то мы увидим двух овец. Они ничем не привлекают

особого внимания, потому что овца, которая нам кажется «дальше» масштабирована

согласно пропорциям перспективы и потому уменьшена в размерах. На фоне кошек Вы

можете сказать, что «хотя овцы по факту разного размера, вообще-то они одинакового

размера».

Но если мы переместим ту овцу, что была дальше, на передний план, то она окажется еще

более мелкой, чем вам казалось изначально. Физический размер овцы, которая

отображается на сетчатке глаза, не изменился, но в нашем сознании воспринимаемый

размер изменился. В мире перспективы, объекты, которые находятся дальше, рисуются

более маленькими. Основываясь на этом, делается бессознательный вывод о том, что овца,

которая находится дальше такого же размера как и та что на переднем плане.

Вернемся к кошкам. Эта иллюзия может быть объяснена следующим образом. Когда мы

смотрим на кошек, которые сидят в коридоре, мозг бессознательно делает выводы об их

расположении дальше/ближе, опираясь на линейную перспективу, не смотря на то, что

кошки изображены на одной и той же плоской поверхности.

Тем не менее, две кошки, которые отображаются на сетчатке глаза вообще-то одинакового

размера. По этому причине мозг принимает воспринимаемый размер кошки которая

дальше согласно отдаленного расстояния и поэтому мы видим, что «та кошка больше».

Имея это в виду, мы понимаем, что иллюзия того, что кошка, которая дальше, больших

размеров, создается функцией мозга построения трехмерного мира из двухмерных

изображений, работающей по принципу линейной перспективы.

ИССЛЕДОВАНИЕ 6. Волшебные столы

У мозга есть сильная тенденция к интерпретации мира, который мы видим глазами, как

трехмерный. Как результат, он бессознательно постоянно ищет подсказки, говорящие о

глубине визуальных образов и на них строит трехмерный окружающий мир. Но мы

сознательно не распознаем этот процесс реконструкции мира, и в большинстве случаев,

мы не способны сознательно изменить интерпретацию ,построенную нашим мозгом. И

хотя все это в нашей голове, мы ничего не можем с этим сделать.

Эти два стола иллюстрирую это утверждение.

Внимательно посмотрите на поверхность столов и на книжки, которые на них лежат. По

факту, столешницы этих столов – одинакового размера и формы.

Это невозможно! Любой человек скажет, что они просто не могут быть одинакового

размера. Тем не менее, если взять поверхность стола слева и перенести ее на поверхность

стола справа – они идеально совпадают. Если вы все еще не верите, измерьте столы

линейкой. Точно так же, книги на этих столах – одинакового размера. Поразительно, не

так ли?

Хотя мозг «знает», что это плоские картинки, он делает построение воспринимаемых

столов с учетом глубины. В этом процессе наш мозг бессознательно интерпретирует, что

фактическая глубина поверхности стола, спроецированная на сетчатку глаза, должна

оказаться меньше, чем она есть на самом деле, и компенсирует их параметры так, чтобы

она оказалась больше

Даже после того, как мы поняли, что поверхности стола вообще-то одинакового размера,

мы все еще не можем изменить интерпретацию мозга, которую он воссоздал.

ИССЛЕДОВАНИЕ 7. Мистические кратеры

Этот снимок темной стороны Луны был снят Apollo 15 с орбиты. Многочисленные

кратеры сделали поверхность территории необычайно неровной. Когда мы видим

поверхность цельного объекта (вроде этого), мы способны определить его трехмерные

характеристики.

Конечно же, картинка на сетчатке нашего глаза абсолютно двухмерна. Тем не менее, мозг

находит подсказки в образах света и тени, отраженных на сетчатке, чтобы сделать

заключения о трехмерной природе объектов. Этими подсказками являются тени,

образованные источником света.

Посмотрите на две лунные поверхности. Вы можете увидеть большой кратер слева и

округлое плато справа. Хотя, на самом деле – это две абсолютно одинаковые картинки.

Если картинку права повернуть на 180, Вы увидите, что это точно такой же кратер, как и

слева.

Причиной такой внезапной смены восприятия – тени на кратере. Это просто вопрос

противопоставления оттененности объекта, который определяет видим ли мы гору или

яму.

Что вызывает этот феномен?

Формирование тени зависит от того, где находится источник света. На самом деле, мы

почти никогда сознательно не пытаемся понять, где находится источник света, когда

смотрим на объект. И даже наоборот, мы как бы «дорисовываем», что «свет падает

сверху», опираясь на восприятие тени.

Если мы решаем, что свет идет снизу, объект справа начинает казаться кратером. Но если

мы отдадим предпочтение тому, что свет падает сверху, то объект будет казаться холмом.

«Свет падает сверху» может быть базовой предпосылкой почти для всех животных,

обитающих на суше. И вместо того, чтобы постоянно распознавать трехмерные

характеристики объекта, мы автоматически ссылаемся на это предположение при

восприятии теней объекта.

ИССЛЕДОВАНИЕ 8. Эффекты тени

Везде, где есть свет, есть и тень. Вам нужно просто присмотреться к окружающим вас

объектам, чтобы заметить, что все они куда-то бросают тень. Тем не менее, обычно

человек не придает никакого значения теням, фокусируясь на самом объекте, считая тени

бессмысленной принадлежностью.

Но при построении трехмерного мира из двухмерных картинок на сетчатке глаза, мозг

бессознательно определяет тени и использует их как важные подсказки для восприятия

объектов.

Например, есть сфера (рис 1), и, кажется, будто она лежит на плоской поверхности. Но ее

положение станет совсем не понятным, если мы уберем ее едва заметную тень (рис 2). А

если мы заменим расположение тени, то будет казаться, что сфера подвешена над

поверхностью (рис 3). Восприятие положения объекта строится не на самом объекте, а на

его тени. Тени играют важную роль в восприятии того, на сколько трехмерным и

реалистичным может быть объект.

Тени также оказывают сильный эффект на восприятие движения. Ниже показано, как

сфера катается по диагонали плоской поверхности. Оставить движение сферы без

изменений, но внесем небольшое изменение (изменим вектор движения тени). Окажется,

что сфера взлетает в воздух. А единственное, что на экране изменилось, это движение

тени. Движение сферы, проецируемое на сетчатку глаза, осталось без изменений.

Трехмерной движение, которое строит мозг, может очень сильно изменится в зависимости

от связи между объектом и его тенью.

Список литературы:

Benjamin Libet. 2004. Mind Time: The Temporal Factor in Consciousness. Harvard

University Press.

Christof Koch. 2004. The Quest for Consciousness: A Neurobiological Approach.

Roberts & Company Publishers.

Donald D. Hoffman. 1998. Visual Intelligence: How We Create What We See. W. W.

Norton & Company.

Jacques Ninio. 1998. La science des illusions. Odile Jacob.

Rita Carter. 2002. Consciousness. Weidenfeld Nicolson Illustrated.

Robert L. Solso. 1994. Cognition and the Visual Arts. Mit Press.

Roger N. Shepard. 1990. MIND SIGHTS. W.H.Freeman & Company.

Tom Stafford and Matt Webb. 2004. Mind Hacks : Tips & Tricks for Using Your Brain.

O'Reilly Media, Inc.

Tor Norretranders. 1998. The User Illusion: Cutting Consciousness Down to Size. Viking

Adult.

V. S. Ramachandran and Sandra Blakeslee. 1998. Phantoms in the Brain: Probing the

Mysteries of the Human Mind. William Morrow & Co.

Yarrow, K. and Haggard, P. and Heal, R. and Brown, P. and Rothwell, J.C. 2001. Illusory

perceptions of space and time preserve cross-saccadic perceptual continuity. Nature 414 : 302-

305.