NAUKA I ASTRONOMIA

Czarne na białym: zagadkowe złudzenie optyczne Galileusza

Istotna różnica w aktywacji neuronów ON i OFF odpowiedzialnych odpowiednio za postrzeganie światła i ciemności pozwala wyjaśnić, dlaczego obiekty tych samych rozmiarów, ale koloru białego postrzegane są jako większe na czarnym tle. Ten efekt, który wpływa na nasz sposób postrzegania tekstu pisanego na kartce papieru czy częściowo oświetlonej twarzy, został odkryty przez Galileusza podczas obserwacji planet.

Mechanizmy percepcyjne leżące u źródeł złudzenia optycznego, polegającego na tym, że dany obiekt jasnego koloru wydaje się być większy, kiedy jest na ciemnym tle od innego obiektu tego samego rozmiaru, lecz ciemnej barwy, umieszczonego na jasnym tle, zostały odkryte stosunkowo niedawno przez neurobiologa Jensa Kremkowa i jego kolegów ze State University of New York, autorów artykułu opublikowanego w Proceedings of the National Academy of Science.

Za tym oszustwem zmysłów, odkrytym przez Galileusza podczas obserwacji planet, kryłaby się różnica pomiędzy odmiennymi kanałami neuronalnymi biegnącymi od siatkówki do wzgórza w mózgu, odpowiedzialnymi za percepcję bodźców świetlnych, a tymi, które sterują percepcją bodźców nieświetlnych. Odkrycie to pozwoliło wyjaśnić w sposób wyczerpujący szereg istotnych zjawisk zachodzących również w naszym codziennym życiu, które to wpływają np. na postrzeganie twarzy tylko częściowo oświetlonych lub na czytanie tekstu napisanego czarną czcionką na białym tle lub, odwrotnie, białą czcionką na ciemnym tle.

Pierwsza historyczna wzmianka o zjawisku zwanym irradiacją znajduje się w Dialogu o dwu najważniejszych układach świata z 1632 r., w którym to Galileusz wspomina, że zauważył podczas swoich obserwacji astronomicznych, że „ciała niebieskie świecące żywszym światłem promieniują znacznie bardziej niż te świecące słabszym światłem”.

Efekt jest uderzający, jeśli obserwuje się nocne niebo gołym okiem – jasność planety Wenus sprawia, że wydaje się ona znacznie większa od Jowisza. Proporcje jednak powracają do rzeczywistych, jeśli obserwuje się tą samą scenę za pomocą teleskopu. Galileusz pisze: „Kilka razy widziałem Jowisza i Wenus razem, w odległości 25 lub 30 stopni od Słońca, a ponieważ powietrze było nad wyraz ciemne, Wenus zdawała się aż 8 czy nawet 10 razy większa od Jowisza, gdy obserwowałem je jednak gołym okiem; niemniej, patrząc na nie potem przy użyciu teleskopu, spostrzegłem, że tarcza Jowisza była tak naprawdę cztery i więcej razy większa od tarczy Wenus, lecz żywość blasku Wenus była nieporównywalnie mocniejsza od słabiutkiego światła Jowisza”.

Galileusz zdaje sobie sprawę, że ma do czynienia ze złudzeniem optycznym, nawet jeśli nie rozumie jego mechanizmu: „Przeszkodę stanowi tu w głównej mierze nasze własne oko, które nie przedstawia nam obiektów lśniących i odległych jako prostych i klarownych; jednakże ukazuje nam je otoczone wieńcem z promieni niepewnych i obcych, tak długich i gęstych, że ich nagie ciałka prezentują się nam większe”.

Tą kwestię ponownie poruszył dwa i pół wieku później Hermann von Helmholtz w swym dziele Optyka fizjologiczna, zauważając, że gdy obiekt zwiększa swoją jasność, np. w przypadku podświetlanej od tyłu szczeliny, przedmiotowe „wrażenie” optyczne nie zwiększa się w sposób proporcjonalny, ale o wiele szybciej, to znaczy, nie zachowuje zasady liniowości.

W przeprowadzonym badaniu Kremkow i jego współpracownicy wzięli pod uwagę dwa oddzielne kanały neuronalne biegnące od siatkówki do wzgórza w mózgu, zwane ON i OFF ze względu na fakt, że są aktywowane, odpowiednio, przez światło i przez jego brak. Naukowcy wykazali, że neurony OFF zwiększają swoją reakcję w sposób liniowy wraz ze spadkiem jasności przedmiotu, niezależnie od jasności tła. Natomiast neurony ON nasilają swoją reakcję wraz z niewielkim wzrostem jasności i odtwarzają liniowość neuronów OFF tylko w obecności jasnego tła.

Według autorów badania powyższe dowodzi zatem, że złudzenie optyczne irradiacji można wyjaśnić w oparciu o fakt, że istnieje zasadnicza różnica w rodzaju reakcji między neuronami ON i neuronami OFF, co ogólnie determinuje „nadreprezentację” reakcji OFF w korze mózgowej.

Źródło: Proceedings of the National Academy of Science

O autorze...

Anna Śnieżyńska

Anna Śnieżyńska

Tłumacz przysięgły języka włoskiego. Absolwentka filologii włoskiej UW i studiów tłumaczeniowych w Genui. Pasjonatka kultury Włoch, historii sztuki i psycholingwistyki.