Élet és tudomány

Azt látjuk, ami van, vagy az van, amit látunk? - Fotó-szintézis

Megjelent az Élet és tudomány 2009. júliusi számában

Írta: Vásárhelyi Gábor

Az Élet és Tudomány 2009/25-ös számából megtudhattuk, hogy lényegében mindenki színvak, a fekete néha fehér, látásunk torz és korlátos, és eleve minden, amit láthatunk, becsapás. Az emberi faj ennek ellenére egyelőre jó túlélőnek bizonyul, aminek szükséges feltétele, hogy a világban való vizuális tájékozódása kellően kifinomult és objektív legyen.

Folytassuk tovább ennek a látszólagos ellentmondásnak az elemzését a látás agyi szintű feldolgozási folyamatainak feltárásával. Optikai illúziók helyett ezért mostantól vizuális csalódásokról lesz szó.

A sok-képernyős
retina színház

Agyunk egy különleges nyúlványa a szemfenéken található retina – itt kezdődik a fény hatására gerjesztett elektromos jelek feldolgozása. A látvány idegi feldolgozásának alapja a bejövő kép párhuzamos csatornákra bontása. Egy bemeneti képből a retina adott tulajdonságra érzékeny sejt-rendszerei sok kis képet alkotnak úgy, hogy minden új képen csak bizonyos tulajdonságok jelennek meg, mint például a mozgás, az élek, az egyes színek stb. A retinából az agyba haladó látóideg keresztmetszete leegyszerűsítve úgy néz ki, mint egy TV-szerviz, ahol sok képernyő van egymás mellett és mindegyiken ugyanaz a film megy, de mind kicsit másképp. Ezt a sok elemi képernyőt – melynek pixelei idegi elektromos jelek, azaz akciós potenciálok – az agy magasabb szintű területei egyesítik majd újra össze az észlelt látvány­nyá.
A jelek az agyba nagyjából topografikusan jutnak el, azaz a közeli képpontok az agyban is közeli feldolgozó egységekbe kerülnek. A topografikus leképezést a szervezet nem csak a látásnál használja – a tapintásérzékelés is ilyen módon működik, amit Arisztotelész két-orr illúziója szemléltet megdöbbentő módon: tegyük keresztbe mutató és középső ujjainkat és csukott szemmel húzogassuk a keresztezett részt az orrunk hegyén (lehetőleg úgy, hogy a főnökünk ne lásson közben). Ha koncentrálunk, a keresztezett leképezés így két orr illúzióját idézi elő kétujjnyi távolságban.
Alapvető tulajdonsága a neurális képi feldolgozásnak az információ nagyfokú szűrése, tömörítése. A képi bemenet felesleges 90 százalékától a neuronjaink egyszerűen megszabadulnak, hogy ne terheljék túl az agy-processzort. Ha a figyelmünket a látástól eltávolítjuk (azaz belebambulunk a nagyvilágba), a képi feldolgozás mértéke még ehhez képest is nagyban lecsökken – minek is fáradjunk vele. De vajon a világ is megszűnik ilyenkor?
A retina (és a magasabb agyterületek) sejtjeinek, sejtcsoportjainak mind saját feladata van, mint a méheknek a méhkasban. Az elemi látványokért (vonalak, színek, pöttyök, mozgás) is különböző sejtek felelősek. Léteznek irányszelektív sejtek, amelyek csak akkor adnak jelt, ha a látványt bizonyos irányú vonalak tarkítják, léteznek mozgásszelektív sejtek, amelyek csak mozgás észlelésekor „tüzelnek”. A retina dolgozza fel ezeket az elemi különbségeket, úgynevezett bottom-up módon, ezért ezeket hamar észrevesszük (1. ábra).
Az általános környezetben ritkábban előforduló alakzatokhoz ellenben nem tartozik elemi retinális feldolgozás, erre specializálódott sejtcsoport, ezért ezek megfigyeléséhez az agy bevonása szükséges, ami jóval lassabb, úgynevezett top-down folyamat (2. ábra)
A látvány feldolgozása tanult folyamat is, a neuronok a látványtól fejlődnek. Egy kísérletben macskáknak kiskorukban csak vízszintes vonalakat mutattak, később a függőlegeseket nem tudták jól felismerni, mivel a függőleges irányhoz tartozó irányszelektív sejtjeik nem fejlődtek megfelelően. Ezért fontos, hogy gyerekeink sok szépet lássanak kiskorukban – összetett, változatos, természetes látványt, hogy agyuk egészségesen fejlődhessen!
A retina és az agy sejtjeinek jó részét úgynevezett laterális gátlás jellemzi, azaz egy neuron úgy küld jelet, hogy a környékbeli neuronok jelküldését közben gátolja kissé. Ez az elv az adott képi csatorna éleit és kontrasztjait kiemeli a háttérből. A laterális gátlás számos optikai csalódásnak alapja. A 3. ábrán azt láthatjuk, hogyan befolyásolja a színek észlelését a környezet színe. A 4. ábrán szintén a laterális gátlás hatását szemlélhetjük, de az irányszelektív sejtek működésében.

A mozgásszelektív sejtek létezéséről közlekedési rendőrként vagy sikertelen stoppolás alkalmával győződhetünk meg, ha ugyanis a látványban folyamatos egyirányú mozgás van (sok autó jön egy irányból), a sejtek ehhez adaptálódnak – a mozgás megszűnésével ellentétes irányú mozgást fogunk észlelni. Hosszú vezetés vagy kirándulás után szintén emiatt „távolodik” a táj.
Számos egyéb geometrikus optikai csalódás létezik, amiket részben magyaráz a retinális neuronok működése, a szakkádok jelensége, a laterális gátlás vagy a fókuszálási kényszer, de sok illúzió okát máig homály fedi. Az alábbi képek – annak ellenére, hogy az általuk okozott élmény igen egyértelmű – összetettebb magyarázatot igényelnek jórészt az előző elvek alapján (5. ábra) Ilyen és hasonló illúziókat a képzőművészek is szeretnek létrehozni műveiken, elég csak M. C. Escherre, Arcimboldóra vagy Rob Gonsalvesre gondolni.

Betömött vakfolt vagy megszüntetett valóság?

A retinához kötődő utolsó csalódástípusunk igazi „szemfényvesztés”, mely átvezet minket a látás magas szintű, kognitív folyamataihoz. Az agy ugyanis folytonos, értelmezhető világot próbál elénk vetíteni, még akkor is, amikor épp fogalma sincs, hogy mi az objektív valóság. Erre utal a legtöbb közlekedési baleset is. „Nem láttam, hogy ott van...”, sírja a kétségbeesett tettes vagy áldozat, mert nehéz feldolgoznia, hogy valami tényleg ott volt, ahol ő nem látta.
Amit nem látunk, az nincs. A hátunk mögött lévő térről például alig veszünk tudomást. Mozgassuk az ujjainkat, és vigyük ki oldalt a látóterünkből. Mit érzünk, amikor eltűnik? Sok embert azért ütnek el a zebrán, mert nem veszik észre lassan kialakuló látótérkiesésüket, nem alkalmazkodnak kisebb látószögű valóságukhoz. Ezek alapján elgondolkodtató a vakfolt kérdése. Ahol a látóideg kilép a szemből, a retinán van egy néhány négyzetmilliméternyi folt fényérzékelők nélkül. Az ehhez tartozó képtartományt soha nem látjuk, a bemeneten minden egyes pillanatban van egy fekete (fény nélküli) lyuk. Persze az agyunk ezt is kitölti – jobb híján a folt környezetében lévő színek átlagolásával. De hogy a vakfolton valójában mi van, az néha észrevétlen titok marad (6. ábra).

Agyas képfeldolgozás és képes agy-feloldozás

A retinából kilépő előfeldolgozott képi információ az agyba érve egyre magasabb szintű, egyre bonyolultabb neurális hálózatokba jut, útja során pedig egyre veszít topografikus jellegéből, irányultságából, feldolgozott észleléssé alakul. A vizuális kéreg különböző területei felelősek a színlátás integrációjáért, a figyelmi mechanizmusok irányításáért, a sztereó látás kialakításáért, a különböző érzékeszervekből jövő információk összehangolásáért, az objektumfelismerésért, mozgásintegrációért, a látvány mozgásfüggetlenítéséért stb. Az agy ellenünk elkövetett trükkjei közül talán a legijesztőbb annak a kérdésnek az elemzése, hogy egy adott pillanatban a múltat, a jelent vagy a jövőt látjuk? A szembe jutó fény és az észlelt belső kép megjelenése között ugyanis eltelik némi idő (körülbelül egy tized másodperc). Ha az agy az aktuális bemenetet vetítené elénk, mindig késve látnánk a valóságot. Mivel tapasztalataink alapján a jelent látjuk, azt kell feltételeznünk, hogy az agy a bemenethez képest mindig egy megjósolt jövőt mutat az addigi „tanulmányai” alapján. A valóság objektív észlelése ennélfogva teljes mértékben és minden pillanatban esetlegessé válik.
A látás végletes szubjektivitásának egy másik bizonyítéka a figyelem irányíthatósága. Figyelmi mechanizmusunk révén ugyanis csak azt látjuk igazán, amit akarunk, és csak annyira, amennyire épp szükségünk van rá. Ha kulcsot keresünk a fiókban, nem tudjuk felidézni, hogy milyen színű ceruzák voltak mellette, ha ceruzát keresünk, a kulcsot észre sem vesszük. Emellett rögtön felismerünk egy ötforintost, de vajon meg tudjuk-e mondani kapásból, hogy melyik lábán támaszkodik rajta a kócsag?
Agyunk egyik figyelemreméltó képessége a háromdimenziós, perspektivikus látás. „Természetes”, hogy a világot két szemünk segítségével 3D-ben látjuk, de még egy sík papírlapot is képesek vagyunk mélységgel ellátni, 3D-be képezni. Ez azonban nem mindig volt így. Régi festményeken nincs perspektivikus ábrázolás, a zuluk pedig kutatások szerint kevésbé látnak néhány olyan optikai csalódást, ami perspektívához, szabályos négyzetekhez, alakzatokhoz kötődik, mivel mindennapi életük mentesebb az ilyen objektumoktól, látásuk erre nem specializálódott. A perspektivikus látás tapasztalati úton fejlődik, automatikus előtanulmányainkhoz pedig ragaszkodunk – a 7. ábrán is inkább súlyosan becsapjuk magunkat tudásunk miatt.
A látvány értelmezésének alapja az objektumfelismerés. A bejövő kép tárgyait agyunk a múlt tapasztalatai alapján automatikusan kategorizálja, jellemzőkkel látja el, színt, méretet ad nekik, elhelyezi a térben, érzelmeket szór köréjük, és csak ezután vetíti elénk, hogy azt hihessük, akkor és úgy láttuk meg. A már ismert tárgyakat jobban látjuk, az ismeretleneket szisztematikusabban vizsgálgatjuk, hogy minél hamarabb kategorizálhassuk. Ezt bitojzínya ez a modant is, alyebemn a beűtk uagyn keevrve vnaank, mgiés knnyöen ovlsasuk, mret szaavénknt étrmelzzeük a szgveöet és aozn bleül sztine mdiengy, mi van.
Az objektumfelismerésnek egy érdekes kategóriája a fény-árnyék viszonyokhoz kötődik. Életünk során a fény mindig fölülről jön, onnan süt a nap és a lámpáink is onnan világítanak. Emellett megtanultuk, hogy derült napfényben a tárgyak élénkebbnek tűnnek, míg árnyékban vesztenek színeikből. A 8. ábrán látható csalódás ezekre az automatizálódott előtanulmányokra alapoz, és magas szintű tanult tudás alapján módosítja gyökeresen a látás érzetét.

Az ember látókérge „optimista”, hiszen a külső világot minden esetben értelmezhetőnek gondolja. Ebből a jóhiszeműségből adódik, hogy sok esetben azt is értelmezi, aminek semmi értelme sincs. Ezt a szüntelen kategorizációs kényszert használja ki a 9. ábrán látható kép.
Az objektumfelismerésnek egy fontos válfaja az emberi arcok észlelése, hiszen ez erősen része mindennapjainknak. Emberi arcfelismerésben igazi profik vagyunk. Két csíkosfejű nádiposzáta között az átlagember nehezen tud különbséget tenni. Ennél könnyebb, de még mindig nehéz feladat például az Európában élőknek a távol-keleti arcok felismerése, saját környezetünkben pedig emberek ezreinek vagyunk képesek nem csak a személyét, de hangulatuk legkisebb rezdüléseit is megkülönböztetni. E magas prioritás következtében a nonfiguratív ábrákban is arcokat látunk, a 10. ábra képpárján pedig azt figyelhetjük meg, hogy mennyivel hatékonyabb az arcfelismerés, mint a fejen álló arcok felismerése. Az objektumfelismerésen alapuló optikai csalódások között az utolsó jellegzetes irányt a kétértelmű ábrák képezik. Festők és grafikusok tucatjai használták ki azt a tényt, hogy az agy kategorizál, egyszerre csak egyféleképpen értelmez, a képen tényleg csak azt látja, amihez épp kedve van.

Cikkünkben megtanultuk, hogy agyunkkal valójában mindent annak látunk, aminek éppen akarjuk. A látás tehát ugyan a világ objektív és hatékony leképezésére jött létre, az észlelt látvány mégis szinte csak abszurd módon szubjektív lehet. Ennek a két elvnek egyszerre engedelmeskedünk, az arányokat pedig akár tudatosan is állíthatjuk. Látásunk ugyanúgy fejleszthető, mint hallásunk, a mindennapi látvány élvezeti értéke ezáltal elképesztő mértékben nőhet. Az érzékszerveinkre koncentrálni fantasztikus élmény, merüljünk el a részletekben, éljünk néha csak a látványnak, ugyanúgy, mint máskor csak a zenének, és boldogabb, élményekben gazdagabb emberek leszünk.