Fraser-illuusio kallistaa viivat

Twitter-syötteeseeni ilmestyi hieno illuusio, jossa kaareutuvien viivojen muotoa on vaikea hahmottaa. Illuusio on alla olevassa kuvassa ja voit itse yrittää selvittää, mitä muotoja siinä tarkalleen ottaen on. Kaarevat kuviot muodostavat hiukan ympyrämäisiä kuvioita, mutta mitä enemmän kuviota seuraa, sitä vaikeampaa siitä on saada tolkkua. Keskellä olevien kuvioiden hahmottaminen on vielä vaikeampaa.

B5QZvbVCMAAs6at

Selvittääkseni kuvion todellisen muodon päätin heikentää sitä muokkaamalla kuvaa. Oletin, että taustaväriksi valitty keskiharmaa ei ollut sattumanvarainen valinta, vaan että illuusio toimii parhaiten tuolla taustavärillä. Niinpä muutin taustavärin mustaksi ja tuloksena oli alla oleva kuva. Kuten oletinkin, illuusio katosi ja kuvion todellinen muoto oli hahmotettavissa. Kuvassa on neljä sisäkkäistä ympyrää.

Modattu illuusiokuva

Mistä illuusio sitten johtuu? Twitter-viestisssä ei ollut illuusion nimeä tai muita lähdeviitteitä, joten laitoin kuvan TinEye-hakupalveluun, joka linkkasi minut Akiyoshi Kitaokan maineikkaille illuusiosivuille, joiden alasivulta Twitteristä ilmaantunut illuusio löytyi. Sivulla on monia eri versioita illuusiota, mutta myös kaksi lähdeviitettä: Popple & Levi (2000) ja Popple & Sagi  (2000), joiden avulla oli mahdollista päästä selvittämään illuusion taustoja.

Popplen ja Sagin artikkelissa illuusio linkitetään James Fraserin vuonna 1908 esittelemään Fraser-illuusioon, joka on alla olevassa kuvassa ja jossa on spiraaleja ruudukkotaustalla.

Fraser Pl3 F4Jos kuvan spiraaleja seuraa katsellaan tarkasti, voi kuitenkin huomata, että ne ovat ympyröitä aivan kuten Twitterissä levinneessäkin illuusiossa. Fraser selkiyttää asian artikkelissaan näyttämällä vertailukuvan, jossa tausta on vaalennettu ja ympyröiden päälle on piirretty mustat ympyrät.

Fraser Pl3 F4.1Fraserilla on artikkelissaan useita kymmeniä variaatioita illuusiosta. Niistä tunnetuin lienee kirjaimet, jotka muodostavat sanan LIFE ja jotka näyttävät kallistuneilta, vaikka ainoastaan kirjaimet muodostavat yksittäiset viivat ovat kallistuneita. Todellisuudessa vinojen viivojen muodostamat kirjaimet ovat suoria. Vaikka Fraserilta puuttuu modernin näkötutkimuksen ja neurotieteen käsitteistö, hän kuitenkin kuvailee näiden illuusioiden perusluonteen hyvin: lyhyistä kallistuneista viivoista koostuvat kuviot näyttävät olevan kokonaisuudessaan kallistuneita

Fraser Pl2 F1Popplella ja Levillä on artikkelissaan hieno 2000-luvun versio illuusiosta, joka on alla olevassa kuvassa. Kuvan vaakasuuntaiset juovastot ovat kokonaisuutena vaakasuoria, mutta näyttävät kallistuneilta, koska niiden sisällä oleva juovastokuvio on kallistunut.

Kuvioiden sisällä olevissa juovissa harmaasävyn taso vaihtelee siniaallon mukaan. Lisäksi kuvat ovat reunoilta Gaussin funktion avulla sumennettuja. Tällaista kokonaisuutta kutsutaan Gabor-funktioksi ja se vastaa tapaa, jolla näköaivokuoren solut käsittelevät ääriviivatietoa. Kun kokeissa käytetään Gaboreita, voidaaan tehdä tarkkoja olettamuksia siitä, miten näköaivokuori kuvia käsittelee.

Popple Levi Fig 1b

Ilmiötä on selitetty näköaivokuoren suuntavalikoivilla soluilla. Nämä hermosolut analysoivat näkymän tietyssä paikassa olevan viivan asennon. Aluetta, jossa oleviin kuvapiirteisiin hermosolu reagoi, kutsutaan sen reseptiiviseksi kentäksi. Reseptiivinen kenttä ei ole kovin pitkä, joten kun näkökentässä on pitkä viiva, yhdistää näköjärjestelmä useamman peräkkäisen reseptiivisen kentän aktiviteetin. Esimerkiksi edellisen kuvan illuusiossa viivakuvio aktivoi suuren määrän hermosoluja, jotka viestivät yhdessä paikassa olevan viivoituksen ominaisuuksista. Fraser-illuusiossa yksittäisen hermosolun reseptiivinen kenttä rekisteröi kallistuneen viivan. Koska viiva on pidempi kuin yksittäinen reseptiivinen kenttä, se aktivoi joukon vierekkäin olevia reseptiivisiä kenttiä, joiden avulla viivan kokonaisuus hahmotetaan. Tässä tilanteessa näköjärjestelmä saa ristiriitaista tietoa: yksittäiset reseptiiviset kentät viestivät kallistuneista viivoista, mutta aktivoituneiden reseptiivisten kenttien keskinäinen sijainti viestii pitkästä su0rasta kuviosta. Näköjärjestelmä joutuu siis arvioimaan, kumpaan näistä tiedoista kannattaa luottaa. Illuusio syntyy kun yksittäisten reseptiivisten kenttien viestimä kallistuneisuus vaikuttaa koko pitkän viivan kallistuneisuuden havaitsemiseen. Toisin sanoen, näköjärjestelmä painottaa yksittäisten reseptiivisten kenttien viestimää kallistuneisuutta enemmän kuin reseptiivisten kenttien keskinäisen sijainnin viestimää suoruutta.

Popple ja Sagi esittelevät artikkelissaan toisen version Fraser-illuusiosta. Myös tässä käytetään Gaborin muotoisia harmaasävyjakaumia, mutta tällä kertaa viivanpätkät ovat toisistaan irrallaan ja niiden kallistuneisuutta ei muuteta. Sen sijaan sinin vaihetta muutetaan, mikä alla olevassa kuvassa näkyy mustien ja valkoisten juovien vaihtelevana pystysuuntaisena sijaintina. Myös tässä vaiheversiossa syntyy kallistuneisuuden illuusio. Todellisuudessa kaikki samalla rivillä olevat kuviot ovat vaakasuuntaisesti samassa kohdassa, mutta vaihe-erot synnyttävät kokemuksen vinosta viivasta. Popplen ja Sagin mukaan tämä johtuu siitä, että näköjärjestelmä olettaa, että viivat jatkuvat myös kuvioiden välisillä harmailla alueilla. Eräs tulkinta on, että harmaa alue on peittävä pinta ja viiva jatkuu sen alla. Jos vaakasuuntaiset viivat oletetaan jatkuviksi, on kuvio samanlainen kuin edellisen kuvan Fraser-illuusio.

Popple Levi Fig 1a

Jos vertaat tätä viimeistä kuvaa alkuperäiseen Twitter-kuvaan, on siinä nähtävissä selvää samankaltaisuutta. Kuvan alkuperä tuli siis selvitetyksi ja samalla tuli käytyä läpi havaintopsykologian historiaa yli sadan vuoden takaa.

Lähteet

Fraser, M. (1908) A new visual illusion of direction. British Journal of Psychology 2(3) 307-320. (Paksun maksumuurin takana).

Popple, A. V. and Levi, D. M. (2000) A new illusion demonstrates long-range processing. Vision Research 40, 2545-2549. (Maksumuurin takana).

Popple, A. V. and Sagi, D. (2000) A Fraser illusion without local cues? Vision Research 40, 873-878. (Maksumuurin takana).

Tietoja jukkahakkinen

Työskentelen Käyttäytymistieteiden laitoksella, Helsingin yliopistossa. Tässä blogissa käsittelen havaitsemiseen liittyviä teemoja perustutkimuksesta visuaaliseen ergonomiaan.
Kategoria(t): ääriviivojen havaitseminen, illuusiot, neurotiede Avainsana(t): , , , , , . Lisää kestolinkki kirjanmerkkeihisi.

Yksi vastaus artikkeliin: Fraser-illuusio kallistaa viivat

  1. Paluuviite: Hieno liikeilluusio | Signaali & Kohina

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s