Optické iluze baví, ale také objasňují fungování mozku

Neckerova krychle, kterou chvilku vidíme shora a za moment z podhledu. Šaty, jež jednomu připadají zlatobílé a druhému modročerné. Kruh obklopený malými kroužky se zdá být větší než stejný kruh obklopený většími kruhy. Na optické iluze reagují kočky, psy a od určitého věku i děti. Fascinují každého, kdo se s nimi setká. Ale jen málokdo dokáže vysvětlit, proč existují. Jedním z nich je Jan Kremláček, přednosta Ústavu lékařské biofyziky LFHK UK a velký fanoušek zrakových klamů. Za jednu dokonce získal třetí místo v mezinárodní soutěži.

Profesor Kremláček zkoumá zrak ze všech možných úhlů. Vedle toho, že učí studenty hradecké medicíny základy zobrazovacích a funkčních vyšetřovacích metod, a věnuje se neurovědnímu výzkumu zraku, už od dětství ho fascinují optické iluze. „Když jsem byl malý, považoval jsem se za Marťana. Přišlo mi totiž divné, že když střídavě zavírám levé a pravé oko, svět kolem mě poskočí. Když jsem ležel bez hnutí, zdálo se mi, že se prostor kolem mě mění – točí se nebo se přibližuje,“ vzpomíná přednosta Ústavu lékařské biofyziky na svůj první údiv nad tím, jakých zvláštností je mozek schopen.

Práce i hobby

Ve svém zájmu vytrval. Vystudoval biomedicínské inženýrství na Elektrotechnické fakultě Vysokého učení technického v Brně. Poté nastoupil na Neurologickou kliniku Fakultní Nemocnice Hradec Králové, kde se zabýval mozkovou aktivitou, zejména evokovanými potenciály. „Zjistil jsem, že na Lékařské fakultě v Hradci Králové existuje elektrofyziologická laboratoř pro hodnocení zrakového vnímání, kterou tehdy vedl profesor Kuba a s profesorkou Kubovou. Potřebovali do týmu někoho, kdo by jim pomohl s vyšetřováním zraku a s vytvářením stimulací. Tak mě to chytlo, že jsem pak přešel na patologickou fyziologii a dále pak na Ústav lékařské biofyziky. Když člověk pracuje se zrakovými stimulacemi, nedá mu to a najednou začne vidět spoustu zajímavých věcí,“ vysvětluje Kremláček, který před dvanácti lety, během přípravy stimulace na výuku biosignálů pro elektrofyziologické vyšetření zraku, jednu takovou optickou iluzi popsal. Propracoval ji, pojmenoval Dvě sinusoidy: 6-1 vjemů a přihlásil do mezinárodní soutěže Illusion Contest, kde za ni obdržel třetí cenu (obr. 1). Optickou iluzi si můžete prohlédnout ve videu na konci článku. 

„Jednoduchý součin pomalu se posouvající a statické sinusovky tvoří podnět, který můžeme vnímat jako plochý posouvající se obrazec – rotující 3 D pevnou šroubovici nebo pružnou vlnící se stuhu. Protože šroubovice ani stuha nejsou prostorově jednoznačné, mohou se točit nebo měnit podle neurální aktivity pozorovatele. Tak vznikne až pět vjemů. Podnět může být zobrazen i jako pohybující se izolované tečky, ale vidět je jako nezávislé – šestý vjem, je velmi obtížné,“ popisuje Jan Kremláček. Optickou iluzi si můžete prohlédnout ve videu na konci článku.

„Vypálená“ sítnice

Existuje spousta běžných zrakových iluzí, jež lidé pozorují, ale nepřikládají jim význam – například paobraz (obr. 2). „Zadíváte-li se po určitou dobu do silnějšího osvětlení, může se stát, že i když pak uhnete pohledem jinam, vidíte chvíli jeho negativ všude, kam se podíváte. Optická iluze není jen zajímavost, odkrývá vlastnosti zrakového systému. Umožňuje nám přesněji pochopit, jak funguje lidský mozek. Podobně jako jeho poškození může vyvolat změnu chování, díky níž odhalíme úlohu poškozené oblasti, je pozorování zrakového klamu takovým přistižením našeho mozku, jak si dělá něco jiného, než bychom čekali,“ vysvětluje profesor Kremláček. V případě paobrazu došlo k tomu, že se oči nestihly přímému záření rychle vyhnout a zrakové receptory se „nasytily“ natolik, že už nebyly schopné reagovat na nic jiného a žárovka se „vypálila“ do sítnice.

Po dobu deseti sekund zblízka sledujte nehnutě křížek, pak přesuňte pohled na hvězdičku. Při fixaci na křížek červený kroužek postupně mizí, to je Troxlerův efekt doprovázející adaptaci. Po přesunu na hvězdičku se kolem ní objeví paobraz – barevně negativní kroužek, na který se náš aparát adaptoval. 

Krystal, který se proměňuje

Paobraz vzniká primárně na úrovni receptorů, působí tudíž na každého. Většina optických iluzí je ovšem založena na kontextu a zkušenosti. Proto je zpravidla registrujeme až od určitého věku, když už mozek „umí“ vnímat, něco předpokládat. Například klam, na nějž přišel přírodovědec Luis Albert Necker, nemusí být pochopitelný pro lidi, kteří se běžně nepohybují ve světě perspektivy a hranatých budov a nemají schopnost 3D projekce do 2D kresby. Ve třicátých letech devatenáctého století nakreslil tento švýcarský vědec krystal, který jako by prostorově vystupoval z papíru. Během pozorování se mu však objekt začal proměňovat. Chvilku ho viděl z pohledu shora, za moment zespodu. Dnes se o zmíněném klamu mluví jako o Neckerově krychli, a tak se také objekt kreslí, přestože původně byl zachycen tak, jak je uvedeno na obrázku 3. Zkuste se na něj chvíli dívat, třeba také uvidíte, jak se krystal proměňuje.

Pozorujeme-li Neckerovu krychli  po dobu alespoň tří minut, zjistíme, že se oba vjemy v našem vědomí samovolně střídají. Jak je to možné? „Změny vidíme, protože se měníme my. Přestože se snažíme nehnutě pozorovat krystal, jsme dynamickým pozorovatelem. Naše poloha hlavy se v prostoru mění vlivem tlukotu srdce, dýchání, napětí ve svalech. Nadto naše oči soustavně těkají, pokud ne kvůli prozkoumání krystalu, pak drobně i proto, aby zabránily adaptaci sítnicových receptorů, a tím vymizení obrazu,“ vysvětluje Jan Kremláček.

O tom, co tato hříčka prozrazuje o našem mozku, se profesor Kremláček rozepsal před třemi lety v článku pro časopis Vesmír: Připusťme, že dvourozměrný objekt může vytvářet trojrozměrně věrnou představu prostorového kvádru. Protože je nakreslen prostorově nejednoznačně, existují dvě možné podoby kvádru, dále jim budeme říkat vjemy. V jednom časovém okamžiku však může být v našem vědomí jen jeden vjem. Zmíněná skutečnost je vynucena evolučním tlakem. Představte si, že by ve vědomí mohly být oba vjemy současně. Pokud bychom pak chtěli kvádr uchopit, museli bychom vytvořit dva pohybové plány, které by se mohly vzájemně vylučovat. Nakonec by stejně muselo dojít k rozhodnutí, který plán budeme realizovat. Je proto výhodnější mít ve zrakovém vědomí jen jeden nejpravděpodobnější vjem a k němu pak vytvořit plán pohybu.

Klamy působí i na zvířata

Nejen lidem, ale také psům připadá podle výzkumů kruh obklopený menšími kroužky jiný, než (ve skutečnosti stejně velký) kruh obklopený většími (viz tzv. Ebbinghausova iluze na obrázku 4). Důvodem je opět kontext. Relativní velikost objektů totiž neposuzujeme v jejich absolutních hodnotách, ale ve srovnání s okolím. Vedle malých kroužků tedy vypadá ten uprostřed větší, zatímco s jeho kolegou z obrázku napravo se to má naopak.

Oči, zrcadlo a šaty

Zpracovávání informací z okolního světa je pro mozek velice náročná úloha. Skrz sítnici k nám přichází silný proud neustále proměnného elektromagnetického vlnění a mozek z něho vytváří užitečnou reprezentaci našeho okolí. Protože kapacita pro zpracování je omezená, provádíme výběr informace už na sítnici a pomáháme si očními pohyby. „Když ale hýbneme očima, posune se na sítnici celý svět. Aby toto mozek eliminoval, během našeho hýbnutí očima na moment potlačí informaci o tom, že se na sítnici něco děje. V tu chvíli máme sníženou schopnost vnímat pohyb“, vysvětluje Jan Kremláček. Můžete si to vyzkoušet ve dvojici. Oba se posaďte k zrcadlu a domluvte se, že přísedící bude sledovat v zrcadle váš pohled. Vy se pak střídavě dívejte do jednoho a hned zase do druhého svého oka. Přestože si jejich pohyb uvědomujete, bude se vám zdát, že se vaše oči v zrcadle ani nehnou. Člověk vedle vás ale vidí, že vaše zorničky ve skutečnosti těkají ze strany na stranu.

Některé iluze se ale dosud objasnit nepodařilo. Před sedmi lety například proběhla sociálními sítěmi fotografie šatů, na jejichž barvě se čtenáři nemohli shodnout. Jedni je viděli jako zlatobílé, druhým připadaly modročerné (viz obr. 5). Tato podivnost dostala příznačný název dressgate. Když jsem šaty viděla poprvé, na monitoru profesora Kremláčka v kanceláři budovy Lékařské fakulty v Hradci Králové, připadaly mi modročerné. Když jsem se k fotografii vrátila doma, vyjevily se mi jako zlato-bílé. Pětiletá dcerka, kterou jsem si přivolala na pomoc, je označila za modročerné. Schválně, jaké připadají vám?