Signaali & Kohina

Visuaaliset illuusiot ovat paitsi hauskaa viihdettä, myös hyvä tapa keksiä uusia havaitsemisen ilmiöitä. Maineikkaita illuusiosivuja ylläpitävä professori Akiyoshi Kitaoka on erikoistunut uusien illuusioiden kehittämiseen. Tapasin hänet vuosia sitten eräässä näkötutkimuskonferenssissa, jossa hän jakoi printtejä lepattavan sydämen illuusiosta. Kun paperia heilutteli, punainen sydän liikkui paperilla eri tahdissa kuin muu paperi. Ilmiö toimi erityisen hyvin hämärässä valaistuksessa, joten paperi oli illuusion tuottamiseen parempi kuin kirkas tietokoneen näyttö. Muistan edelleen professorin vilpittömän innostuksen illuusion ääressä, hän moneen kertaan kehotti kokeilemaan illuusioita erilaisissa valaistuksissa. Vietinkin paljon aikaa konferenssin käytävillä illuusiolla leikkien ja huomasin, että illuusion saa näkymään myös liikuttelemalla silmälaseja. Myös tablettitietokone on näppärä illuusion havaitsemiseen, koska sitä on helppo liikutella. Näytön kirkkautta kannattaa säätää mahdollisimman alhaiseksi.

Lepattavan sydämen illuusio liittyy reseptorisoluihin, jotka silmän verkkokalvolla huolehtivat valon muuntamisesta hermostollisiksi signaaleiksi. Koska valon määrä on yöllä ja päivällä hyvin erilainen, on silmään kehittynyt erilliset järjestelmät päivä- ja yönäköä varten. Päivänäöstä huolehtivat reseptorit, joita kutsutaan tappisoluksi.  Ne ovat erikoistuneet toimimaan suurten valomäärien kanssa ja huolehtivat värinäöstä sekä tarkasta näkemisesti. Valon vähentyessä vastuu siirtyy asteittain sauvasoluille, jotka aistivat herkästi vähäisiä valomääriä. Sauvasolut ovat värisokeita ja herkimpiä sinisen sävyille. Toisin sanoen, ne näkevät värit harmaan sävyinä siten, että siniset värit ovat vaalean harmaita ja kohti punaista mentäessä harmaan havaitut sävyt muuttuvat tummemmiksi. Lisäksi sauvasolujen näkötarkkuus on heikompi ja ne ovat hitaampia kuin sauvasolut.

Vaikka päävastuu havaitsemisesta riippuu valaistustasosta, kummatkin solutyypit ovat kirkkaimpia valaistustilanteita lukuunottamatta aina aktiivisia. Lepattavan sydämen illuusio johtuu siitä, että illuusiokuvio käsitellään tappisoluissa nopeammin kuin sauvasoluissa. Alla on video Stuart Anstisin ja Don MacLeodin artikkelista, jossa he kuvaavat verkkokalvon reseptorien toimintaa hämärässä valaistuksessa. Video on vain muutaman sekunnin mittainen, joten kannattaa painaa replay-näppäintä useamman kerran jotta idea tulee selväksi.

Vasemmalla ylhäällä (a) on silmän verkkokalvolle tuleva kuva, eli punainen sydän joka liikkuu sinisellä taustalla. Koska silmässä olevat sauvasolut ovat värisokeita, näkevät ne sydämen harmaasävyinä kuten kuva (b) oikealla ylhäällä näyttää. Sauvasolut ovat herkempiä sinisille kuin punaisille väreille, joten siniset värit valittyvät vaaleampana harmaana kuin punaiset. Vasemmalla alhaalla (c) näkyy tappisolujen näkymä, jossa  punainen sydän on tummansinisellä taustalla. Sinisen tummuus johtuu siitä, että tappisolut ovat herkempiä punertaville kuin sinertäville väreille. Oikealla alhaalla (d) on kuvaus tappi- ja sauvasolujen yhtäaikaisesta toiminnasta. Video osoittaa, kuinka sauvasolut näkevät punaisen sydämen liikkeen hitaampana. Neuraalisella tasolla  sydämelle muodostuu siis eräänlainen häntimisefekti.

Anstis ja MacLeod mittasivat artikkelissaan sauva- ja tappisolujen nopeuseron tarkasti ja osoittavat, että sauvasolut ovat noin 52 millisekuntia hitaampia tiedon välittämisessä. Käytännössä tämä siis tarkoittaa, että pimeässä, jolloin sauvasolut kantavat päävastuun havaitsemisesta, näemme kaiken hiukan hidastettuna.

Lähteet

Anstis, S. & MacLeod, D. (2015) Why hearts flutter: Distorted dim motion. Journal of Vision 15(3) 1-9.