Zrak fascinoval filozofov už od čias Platóna a Sokrata. Mnohí filozofiu zraku spájali s filozofiou vedomia a s celkovým pohľadom na realitu. Často sa napríklad pýtali, či sa predmet skutočne nachádza na danom mieste aj keď zavrieme oči alebo je len konštruktom nášho mozgu sprostredkovaným očami. Uvažujme napríklad o dúhe. Z fyzikálneho hľadiska predstavuje rozklad elektromagnetického žiarenia na vodných kvapkách. Všetky farby dúhy sú konštrukciou nášho mozgu.

Apropos, farby dúhy. Všetci vieme, že ich je 7 – červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová a fialová. Ale čím sú naozaj? Predstavujú subjektívny vnem, tzv. qualia, ktorý korešponduje s tým, ako náš mozog spracováva žiarenie s vlnovými dĺžkami v rozsahu približne 390 - 700 nm. Na tento rozsah sme sa adaptovali evolúciou, no niektoré iné živočíchy dokážu vnímať okrem pre nás viditeľného svetla aj ultrafialové alebo infračervené žiarenie.

„Kladivá a pílky“ na tvorbu reality

Aký „hardvér“ používame na spracovanie obrazu reality? V prvom rade sú to oči.

Oko môžeme z pohľadu funkcie rozdeliť na dva systémy. Časti, ktoré umožňujú vstup svetla a zaostrovanie objektov ako šošovka či dúhovka a časti, ktoré sú zodpovedné za vlastné zachytávanie obrazu – sietnica.

Sietnica každého oka obsahuje približne 130 miliónov fotoreceptorov, ktoré premieňajú elektromagnetické žiarenie (svetlo) na biochemické signály (nervové impulzy). Sietnica obsahuje dva druhy receptorov: tyčinky (120 miliónov) a čapíky (7 miliónov). Tyčinky sú vysokocitlivé na svetlo, takže sprostredkujú vizuálne vnemy aj pri zníženom svetle, avšak videnie pomocou tyčiniek je čierno-biele.

Druhý typ receptorov sú čapíky, ktoré umožňujú farebné videnie. Existujú 3 typy čapíkov, ktoré reagujú na rôzne vlnové dĺžky svetla a kombináciou signálov z týchto čapíkov tvoríme farby. Najväčšia koncentrácia čapíkov je v tzv. žltej škvrne, ktorá je miestom najostrejšieho videnia. Naopak, v okolí žltej škvrny sa nachádza zvýšená koncentrácia tyčiniek. Otestovať to môžeme napríklad pohľadom na nočnú oblohu. Ak by sme najprv pohľad sústredili na nejakú hviezdu s veľmi malou jasnosťou a následne sa sústredili na bod v blízkosti, zistili by sme, že v druhom prípade vidíme hviezdu jasnejšie, pretože svetlo z nej dopadá na oblasť, kde sú koncentrované tyčinky, ktoré sú 100-krát citlivejšie na svetlo než čapíky.

Ďalším hardvérom na analýzu vizuálnych vnemov je samozrejme mozgová kôra. Zrakové centrum sa nachádza v tzv. záhlavovom laloku mozgu a je funkčne rozdelené na niekoľko častí. Tieto jednotlivé časti sú zodpovedné za spracovanie rôznych zrakových vnemov. Ich poškodenie, napríklad pri mŕtvici, vedie k narušeniu vnímania vizuálnych aspektov spracovávaných danou oblasťou (napr. neschopnosť rozoznávať tváre, či správne interpretovať pohyb objektov). Naopak, stimulácia oblastí elektrickým impulzom môže viesť k tvorbe vizuálnych vnemov aj bez stimulácie fotoreceptorov (halucinácie).

Základom je aj tak fyzika

Ako dokážeme z vizuálnych vnemov v podobe elektromagnetického žiarenia rozoznávať tvary, farby, pohyby? Ako dokážeme pri sledovaní dvojdimenzionálnej plochy televízie či kina konštruovať fascinujúci 3D obraz prírody na Pandore alebo útek pred tyranosaurom?



Pokiaľ sa dôkladnejšie zamyslíme nad obrazom, ktorý vytvárajú naše oči, stále je to obraz dvojrozmerný. Či už na prechádzke v lese alebo pri šoférovaní auta, vždy dostávame dvojrozmerný obraz okolitého sveta. Ako je teda možné, že svet vidíme trojrozmerne? Ako konštruujeme hĺbku obrazu?

Je to možné vďaka pravidlám, ktoré sme si v priebehu evolúcie vytvorili a používame ich pri konštrukcii sveta, ktorý vidíme. Je to takmer dokonalý systém pravidiel, pričom sme tak dobre adaptovaní, že si ani neuvedomujeme, že nejaké pravidlá vôbec používame. V nasledujúcich odstavcoch sa vám posnažím niektoré z nich priblížiť.

Objav tretej dimenzie

Na začiatok jednoduchý príklad, tzv. Neckerova kocka. Myslím, že sa všetci zhodneme, že fyzikálne je to dvojrozmerný obraz. A predsa v ňom vidíme trojrozmerný útvar. Dokonca dve odlišné kocky. Prvú, ktorá má čelnú stenu tvorenú štvorcom „a“ a druhú, ktorá má čelnú stenu tvorenú štvorcom „b“.

Keď odvrátime pohľad, ktorú z dvoch možných kociek v obrázku uvidíme? Ak by to bol skutočný trojrozmerný útvar, mohli by sme ho ohmatať a zistili by sme, ako sa veci majú.

Pozrime sa teraz na niečo trochu komplikovanejšie. Na ďalšom obrázku sú tzv. Kopfermanove kocky.

Okamžite vidíme, že situácia sa zmenila. Kocku na ľavom obrázku vieme v mysli skonštruovať v troch dimenziách hneď. Pri pohľade na zvyšné dva obrázky je to však náročnejšie. Pri troche sústredenia si ale uvedomíme, že teoreticky je to tá istá kocka z iného uhla pohľadu. A tu sa dostávame k prvému pravidlu, ktoré náš mozog používa.

Vytvoriť trojrozmerný obraz z dvoch rozmerov môžeme viacerými spôsobmi. Vezmime si ako príklad tento obraz:

Dve čiary, ktoré sa dotýkajú. Predstavme si, že tieto dve čiary sú v 3D priestore. Ak by boli kompletne nezávislé jedna od druhej, čo i len minimálna zmena uhla pohľadu by spôsobila porušenie tvaru „V“ a vznik niečoho takéhoto:

Ak sa však tieto čiary dotýkajú reálne aj v 3D priestore, budú sa dotýkať pri hocijakej zmene uhla pohľadu. Náš mozog teda konštruuje najstabilnejší obraz reality. Ak vidíme rovnú čiaru, tak ju interpretujeme ako rovnú čiaru aj v 3D. A ak sa vrcholy dvoch čiar dotýkajú, interpretujeme ich tak, že sa dotýkajú aj v 3D. A preto máme problémy konštruovať kocku z nasledujúceho obrázku.

Rovné čiary vždy interpretujeme ako rovné čiary aj v troch dimenziách. Takže na obrázku vidíme 3 čiary, ktoré sa pretínajú v strede a nie kocku, ktorej hrany náhodne vytvárajú ilúziu troch čiar.

Magické obrazce na papieri

Ďalším zaujímavým fenoménom je tvorba tzv. Kaniszovych obrazcov. Pri pohľade na nasledujúce obrázky takmer každý z nás vidí tvary, ktoré sa na nich v skutočnosti nenachádzajú. V tomto prípade štvorec a trojuholník.

Aj tvorba týchto obrazcov vychádza z interpretácie dvojdimenzionálneho obrazu. Mozog ho interpretuje ako objekty v priestore, ktoré sú v popredí, a tým pádom zakrývajú objekty, ktoré sa nachádzajú za nimi.

Nie je to však úplne jednoduché. Obrazce naša myseľ konštruuje len v prípade, že elementy, ktoré ich indukujú, majú ostré hrany. Konkrétne, vedci zaoberajúci sa vizuálnou inteligenciou - teda schopnosťou rozpoznávať optické rozdiely a podobnosti - zistili, že najlepšie indukujúce elementy obsahujú ostré konvexné (vypuklé) vrcholy.

Pomocou vyššie uvedených pravidiel a mnohých ďalších však netvoríme len jednoduché tvary ako trojuholníky a štvorce ale aj všetky komplexné obrazce (Taylor Swift? :) ).

A potom povedal: „A budiš farby“

Nemenej zaujímavou oblasťou výskumu je vnímanie farieb. Ako príklad môžeme uviesť tzv. Ehrensteinove obrazy.

Zobrazujú čierne čiary, ktorých časti sú zvýraznené inou farbou. Ibaže my nevidíme len čierne a červené resp. modré čiary. Konštruujeme niečo viac. Subjektívne vidíme, že farby (červená a modrá) sa šíria do priestoru a vytvárajú červený respektíve modrý kruh. Ak by sme však vzali fotometer a odmerali fyzikálne vlastnosti odrážaného svetla v bielej časti pomyselných kruhov a mimo nich, boli by úplne rovnaké. Podobným príkladom je paleta farieb navrhnutá prof. Koenderinkom.

V ľavej časti sú rôznofarebné štvorce usporiadané podľa meniacej sa farby a na pravej strane sú rozhádzané bez ladu a skladu. Ak porovnáme farby štvorcov označených číslami „1“ a „2“, v oboch poliach vidíme, že farby z nášho subjektívneho hľadiska líšia. No meranie fotometrom by aj tu preukázalo, že z fyzikálneho hľadiska sú rovnaké.

Je teda zrejmé, že pri subjektívnom vnímaní farieb sa náš mozog neriadi len skutočnou farbou oblasti, ale do analýzy zahŕňa aj jej okolie. V prípade tejto farebnej palety sa opäť dostávame k tomu, že obrazce môžeme subjektívne interpretovať rôznymi spôsobmi. Farebnú paletu vľavo môžeme interpretovať aj ako biely štvorec, ktorý je osvetľovaný z každého rohu inou farbou (zelená, modrá, červená, žltá) a obrázok vpravo ako súbor štvorcov rôznych farieb, ktoré sú osvetlené rovnakým svetlom.

Vedci skutočne zistili, že všeobecné pravidlo, ktorým sa riadi mozog, je, že interpretuje postupnú zmenu farby, intenzity a jasnosti ako zmenu v osvetlení, a náhlu a skokovú zmenu farby, intenzity a jasnosti ako zmenu povrchov a objektov.

Deň, keď Zem zastala

Na záver pár viet o vnímaní pohybu. Na obrázku oblastí mozgu, ktoré sa priamo podieľajú na spracovaní obrazu, si môžete všimnúť malú oblasť V5, ktorá má na starosti vnímanie pohybu. Je známy prípad, keď práve toto centrum bolo zasiahnuté mozgovou mŕtvicou. Osoba s týmto osudom bola aj naďalej schopná kognitívnych funkcií, mohla normálne čítať, písať, počítať, rozoznávať objekty a farby... ale nedokázala vnímať pohyb.



Mala problémy napríklad naliať šálku čaju, pretože nedokázala vnímať pohyb tekutiny - vyzerala pre ňu, ako by bola zamrznutá. Najväčším problémom pre túto osobu bolo prejsť cez rušnú ulicu, pretože nedokázala odhadnúť ako rýchlo sa k nej približujú vozidlá. Podobne narušené vnímanie pohybu môže byť krátkodobo docielené pri tzv. vnútrolebečnej magnetickej stimulácii oblasti V5, čo má za následok narušenie jej normálnej elektrochemickej funkcie.

Konštrukciu pohybu si môžeme demonštrovať na nasledujúcom príklade. Predstavme si čiernu obrazovku. Na nej zobrazíme dve biele bodky v pozíciách označených „O“ a „X“.

Najprv zobrazíme bielu bodku na určitý krátky časový interval v bode „o“ a následne zobrazíme bielu bodku na taký istý krátky časový interval v bode „x“. Čo sa udialo, je veľmi jednoduché, ale aj v tomto prípade máme viacero možností, ako to, čo sme videli, interpretovať.

Ak bude interval medzi zobrazením bielej bodky v bode „o“ a bielej bodky v bode „x“ príliš dlhý, naša myseľ bude konštruovať dve odlišné biele bodky, ktoré boli zobrazené po sebe. Ak však bude časový rozostup medzi zobrazeniami bielych bodiek v daných bodoch niekde medzi pol sekundou a desatinou sekundy, budeme vidieť jednu bielu bodku, ktorá sa presunula z bodu „o“ do „x“. Ak tento časový rozostup bude ešte kratší ako desatina sekundy, tak budeme vidieť dve biele bodky, ktoré zažiaria a zhasnú súčasne.

Zobrazenie týchto bodiek môžeme upraviť tak, že prvá bude zelená a druhá červená. Tým pádom budeme popri pohybe konštruovať aj zmenu farby. Prípadne, ak medzi bodky pridáme prekážku, ktorá bude svietiť stále, budeme konštruovať pohyb bodky, ktorá bude túto prekážku obchádzať. Tieto a ďalšie iné príklady sú voľne k nahliadnutiu na tejto stránke.



Uvedené pravidlá pre vnímanie pohybu sa využívajú vo filmovom priemysle. Na plátno v kine sú premietané statické obrazy – každú sekundu 24 rôznych statických scén, z ktorých každá blikne 3x, čo dokopy dáva 72 statických obrazov každú sekundu. Medzi nimi je plátno čierne. Náš mozog z týchto statických obrazov konštruuje pohyb, ktorý subjektívne vnímame. Táto frekvencia je empiricky zistená z tzv. „critical fliction-fusion frequency“, čo môžeme interpretovať ako maximálnu frekvenciu striedania sa vizuálnych obrazov, pri ktorej ešte dokážeme rozlíšiť jednotlivé obrazy od seba a nesplynú nám do jedného. Táto frekvencia je rozdielna pre každý živočíšny druh a napríklad mucha má túto frekvenciu 4x vyššiu ako človek. Preto si nedokáže vychutnať kvalitný film v kine - na druhej strane, zachráni jej to život, keď ju chceme zabiť novinami.

Mnoho pravidiel, ktoré náš mozog používa na spracovávanie reality a konštruovanie tvarov, farieb a pohybov poznáme, ale s každou odpoveďou sa vynárajú zároveň ďalšie otázky. Preto sa kognitívni vedci zameraní na vizuálnu inteligenciu nemusia báť, že sa budú v budúcnosti nudiť. Navyše, tak ako poznatky, ktoré sú momentálne známe, prispievajú k tvorbe stále kvalitnejších vizuálnych zážitkov v kine, pri sledovaní televízie alebo pri hraní hier. A v budúcnosti prispejú k vytváraniu virtuálnej reality, o ktorej sa nám v súčasnosti môže iba snívať.


Zdroje:
Anatomy and Physiology For Health Professional, Jahangir Moini, ISBN: 1284036944
Visual Intelligence, Donald D. Hoffman, ISBN: 0-393-04669-9
http://www.cogsci.uci.edu/~ddhoff
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347213003771
https://sk.wikipedia.org/wiki/Oko
http://mooreperceptionproject.weebly.com/physiology.html
http://www.britannica.com/science/human-eye/The-work-of-the-retina#ref531588

Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok

Tweet