Richard Wisemanin Twitter-syötteestä tuli taas hieno illuusio. Tämä on anamorfinen illuusio, jossa kuvaa pitää katsoa oikeasti suunnasta, jotta sen sisällön hahmottaa. Illuusio toimii parhaiten mobiililaitteella, jolloin laitetta on helppo käännellä. Kuva on tehty puhelimen näyttöä varten, mutta toimii myös tabletilla. Toimi näin: katso kuvaa yhdellä silmällä ja nosta laitteen reuna nenääsi kiinni, jolloin laite siis on hyvin kallellaan. Näetkö mitä kuvassa lukee?
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.
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.
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.
Jos 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.
Fraserilla 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
Popplella 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.
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.
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
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).
Silmän pohjalla oleva valoherkkä solukerros, verkkokalvo, on muutakin kuin pelkkä valoa vastaanottava elin. Siellä nimittäin tapahtuu monimutkaista tietojenkäsittelyä, verkkokalvo poimii näkymästä toimintamme kannalta olennaiset tiedot ja välittää vain ne eteenpäin. Toimintatapa on siis erilainen verratuna esimerkiksi kameraan, joka vain rekisteröi valoherkälle pinnalle saapuvan kuvan ja välittää sen eteenpäin. Verkkokalvo rekisteröi myös kuvan, mutta lähettää eteenpäin informaatiota. Esimerkiksi näkökentässämme liikkuvat tai sinne ilmestyvät asiat saavat tietojenkäsittelyssä etusijan ja ne välitetään eteenpäin. Verkkokalvo huolehtii myös värien ja kontrastien erottelun varhaisvaiheesta.
Verkkokalvo koostuu viidestä kerroksesta, jotka esitetään usein alla olevan kuvan kaltaisena kaavakuvana. Wikipediasta poimitussa kuvassa ylimpänä ovat reseptorisolut tapit (C) ja sauvat (R). Reseptorisolut muuntavat valon neuraaliseksi vasteeksi, jota bipolaarisolut (Bi) ja gangliosolut (G) vievät eteenpäin. Horisontaalisolut (H) ja amakriinisolut (A) välittävät vaakasuuntaisia yhteyksiä hermosolujen välillä.
”Retina layers” by Peter Hartmann at de.wikipedia, edited by Marc Gabriel SchmidCreating SVG version by Юкатан – Oma teos. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Retina_layers.svg#mediaviewer/File:Retina_layers.svg
Verkkokalvon toimintaa esittelevä kaavakuva on todella havainnollinen, mutta olen jäänyt kaipamaan myös hyvää valokuvaa verkkalvosta. Aika usein kuvana käytetään varsin iäkästä mustavalkokuvaa, joka on kyllä eksakti, mutta hiukan tylsä.
Nyt törmäsin Twitterissä hienoon kuvaan verkkokalvosta. Kuva on peräisin Zeissin Flickr-feedistä ja siinä ei kerrota tarkemmin, kuinka kuva on otettu tai millä tavalla eri solutyypit on värjätty eri värisiksi. Ylimpänä vihreänä kerroksena näkyvät kuitenkin tappi- ja sauvasolut ja sen jälkeen neljä muuta kerrosta on havainnollistettu eri väreillä. Todella hieno kuva!
Eilen tuli mukavaa sähköpostia kun Suomen Akatemia ilmoitti myöntäneensä minulle rahaa tutkimusprojektiin. Akatemian rahoitukset ovat todella kilpailtuja, joten myöntöpäätös on aina iloinen uutinen. Rahoitus tuli Akatemian ICT 2023 -ohjelmasta ja siinä olleesta temaattisesta hausta aiheeltaan ”Tieto- ja viestintäteknologian anturit ja toimilaitteet.” Voi tietenkin kysyä, että mitä tekemistä psykologialla on antureiden kanssa? Itse asiassa aika paljonkin.
Minulla on akatemiaprojektissa yhteistyökumppanina Työterveyslaitos, jossa on pari vuotta sitten kehitetty hieno silmänliikkeitä mittaava laite, joka on sijoitettu silmälaseja muistuttaviin sankoihin (Lukander et al, 2013). Alla on pari kuvaa laitteesta.
Sankoihin sijoitettava silmänliikelaite mahdollistaa mittaukset arkipäivän ympäristöissä, jolloin voidaan tutkia monia mielenkiintoisia juttuja. Näitä laseja on toki ollut aikaisemminkin, esimerkiksi jokin aika sitten blogasin Michael Landin vuonna 1999 tekemistä kokeista, joissa käytettiin erästä versiota päähän puettavasta silmänliikemittarista. Uuden laitteen voi ostaa vaikkapa SMI:ltä. Työterveyslaitoksen laseissa on kuitenkin pari kiinnostavaa ominaisuutta: Laite tullaan julkaisemaan jossain vaiheessa Open Source-projektina, jolloin jokainen voi 3D-tulostaa kehykset ja ostaa muut osat kaupasta. Tällöin laitteen kokonaishinnaksi tulee noin 350 euroa, mikä on aika eri luokkaa kuin esimerkiksi SMI:n lasit, jotka maksavat 11000 euroa. Tämä mahdollistaa lasien käytön melkein missä vaan sekä suuren lasimäärän valmistamisen.
Tässä projektissa Työterveyslaitos integroi laseihin lisää sensoreita, jolloin lasien käyttäjä kerää suuren määrän dataa omasta ja ympäristön tilasta. Tämä data voidaan välittää käyttäjän ympäristöön, joka voi taas reagoida käyttäjään saamansa tiedon avulla. Mahdollisuudet ovat lähes rajattomat, mutta ongelmaksi tulee saadun datan tulkinta ja käyttäjien mahdollisuus hyödyntää suurta datamäärä. Tämä on meidän osuutemme projektista, eli meidän tarkoituksenamme on ymmärtää käyttäjän toiminnan ja silmänliikkeiden välisiä yhteyksiä erilaisissa tilanteissa, jotka ovat hiukan monimutkaisempia kuin Landin teen keittämistehtävä.
Hauskaa päästä projektin kimppuun pian, aloitamme hommat jo tammikuun alussa, joten ensi keväänä mittailemme silmänliikkeitä erilaisissa päivittäisissa touhuissa.
Lähteet
Lukander, K., Jagadeesan, S., Chi, H., & Müller, K. (2013). OMG! – A new robust, wearable and affordable open source mobile gaze tracker. In MobileHCI ’13: Proceedings of the 15th international conference on Human-computer interaction with mobile devices and services (pp. 408–411). Munich, Germany: ACM.
Tutkimusryhmässämme on tällä hetkelle meneillään Suomen Akatemian rahoittama projekti ”Mieli, Kuva, Mielikuva”, jota teemme yhteistyössä Tampereen yliopiston Journalismin, viestinnän ja median tutkimuskeskuksen ja Visual Interaction Research Groupin kanssa. Projektin tarkoituksena on selvittää, minkälaisia kognitiivisia prosesseja liittyy kuvien merkityksen havaitsemiseen. Olemme suunnitelleet koeasetelmaa, jossa koehenkilöt tarkastelevat valokuvia suorittaen kuvien luokittelutehtävää. Ideana on se, että luokittelutehtävä vaikuttaa ihmisten silmänliikkeiden suuntautumiseen ja toisaalta kertovat siitä, kuinka ihmiset hahmottavat kuvan merkityksen.
Kokeen perusajatus tulee vuosikymmenien takaa, jo Buswell (1935) ja Yarbus (1967) huomasivat, että tehtävä vaikuttaa henkilön informaatiotarpeisiin, mikä taas vaikuttaa silmien kohdistumiseen. Alfred Yarbusin kokeessa koehenkilöt katsoivat Ilja Repinin maalausta ”Odottamaton kotiinpaluu” samalla kuin heidän silmänliikkeitään mitattiin. Repinin maalaus oli poliittisesti merkittävä teos Neuvostoliitossa, joten sen valinta koeärsykkeeksi ei ollut sattumaa. Maalauksessa Siperiaan karkotettuna ollut vallankumouksellinen palaa kotiin ja hänen perheensä tarkastelee tätä yllättyneenä.
Ilja Repin: Odottamaton kotiinpaluu
Kun koehenkilöt katsoivat kuvaa vapaasti ilman ohjeistusta, silmät kohdistuivat eri puolille kuvaa, mutta eivät suinkaan satunnaisesti vaan ihmisten kasvoihin ja tiettyihin esineisiin kohdistuen. Alla olevassa kuvassa valkoiset viivat kuvaavat katsepolkua, jossa katse siirtyy nopeasti paikasta toiseen ja pysähtyy välillä.
Silmänliikkeet kuvan vapaassa katselussa. (http://www.cabinetmagazine.org/issues/30/archibald.php)
Tämän jälkeen koehenkilöt katsoivat kuvaa uudestaan ja heille annettiin erilaisia tehtäviä. Tehtävät olivat: 1. Arvioi perheen varallisuutta, 2. Arvioi henkilöiden ikä, 3. Mitä henkilöt oliva tehneet ennen vieralijan saapumista, 4. Paina mieleesi minkälaiset vaatteet henkilöillä on, ja 5. Arvioi, kuinka kauan vierailija on ollut poissa. Yarbus havaitsi, että katsepolut riippuivat annetusta tehtävästä. Jos koehenkilöt esimerkiksi arvioivat henkilöiden ikää, suurempi osa silmänliikkeistä kohdistui henkilöiden kasvoihin.
Silmien katsepolut kun tehtävänä on arvioida henkilöiden ikää.
Akatemiprojektissamme olemme samanlaisten ilmiöiden äärellä, mutta tutkimme kuvan tulkintaan liittyviä kultuurisia tekijöitä ja sitä, eli kuinka henkilön tulkinta kuvasta vaikuttaa siihen, mitä tietoa hän alkaa kuvasta poimimaan.
Olen nyt suunnitellut projektiin liittyvää koeasetelmaa, eli miettinyt kuvien esittämisjärjestyksiä ja koehenkilöille annettavia ohjeita. Eräs tärkeä kysymys liittyy kontrollikokeeseen. Jotta silmänliiketuloksia olisi mahdollista tulkita, käytetään kontrollikoetta, johon varsinaiseen kokeen tuloksia vertaillaan. Usein käytetään muistitehtävää, eli koehenkilöitä pyydetään katselemaan samoja kuvia ja heille kerrotaan, että kuvasarjan lopuksi heiltä kysytään kuvia koskevia kysymyksiä. Koska mieleen painamiseen käytetyistä silmänliikkeistä tiedetään paljon, on tämä tehtävä eräänlainen standardoitu kontrollikoe. Koeasetelmaa vertailemalla voidaan sitten tehdä päätelmiä sen perusteella, mitkä asiat silmänliikkeissä ovat erilaisia koetehtävän ja muistitehtävän välillä.
Koska silmänliikkeissä on paljon yksilöllistä vaihtelua, kannattaa samojen koehenkilöiden tehdä tehtävä kahteen kertaan. Tehtävien järjestys kannattaa satunnaistaa, eli puolet koehenkilöistä tekee varsinaisen koetehtävän ensin ja toinen puoli koehenkilöistä tekee kontrollikokeen ensin. Näin varmistutaan siitä, että tulokset eivät riipu kuvien näkemisestä toiseen kertaan. Tämä on kokeellisen psykologian perussääntöjä, mutta aloin miettiä, miksi kuvien näyttäminen kahteen kertaan oikeastaan muuttaa kognitiivista prosessointia , visuaalista tarkkaavaisuutta ja silmänliikkeiden ohjausta. Jonkinlaista oppimistahan tuossa tapahtuu, koska kuvien sisältö ja rakenne ovat tulleet tutuksi, mutta halusin selvittää, mitä tutkimuskirjallisuus tästä tarkalleen ottaen kertoo.
Eräs paljon siteerattu lähde on Chunin ja Jiangin artikkeli vuodelta 1998, jossa he tutkivat oppimisen vaikutusta visuaaliseen tarkkaavaisuuteen erittäin nokkelalla kokeella. Chun ja Jiang lähtevät liikkeelle tarkkaavaisuuden perusluonteesta, eli valikoivuudesta. Koska informaatiotulva on niin voimakas, täytyy näköjärjestelmän valikoida sieltä olennaisin tieto. Eräs tapa tehdä valikointia on kohdistaa tarkkaavaisuus paikkoihin, joissa olennainen tieto on todennäköisimmin tarjolla. Tästä on kyse Yarbusinkin kokeissa: kun koehenkilö saa tehtävän, hän kohdistaa silmänliikkeet alueille, joista tehtävän kannalta olennainen tieto on tarjolla.
Valikoivuus ilmeisesti kehittyy myös yleisemmällä tasolla eli suhteessa maailmassa oleviin systemaattisiin rakenteisiin, joita havaintomaailmassamme on paljon: pilvet ovat useimmiten taivaalla, mutta autot harvemmin leijuvat ilmassa. Puut kasvavat maasta kohti taivasta ja vailla alapuolella olevaa pintaa olevat esineet putoavat kunnes kohtaavat pinnan. Näköjärjestelmän tavat hyödyntää havaintomaailman systemaattisia piirteitä innoittivat 1970- ja 1980-luvulla klassisia kokeita, jotka osoittivat, että suoriutuminen tehtävissä on parempaa, jos kuvat ovat arkipäivän havaintomaailman kaltaisia.
Eräs näistä klassikkokokeista on Irwin Biedermanin vuonna 1972 Science-lehdessä julkaistu tutkimus, jossa koehenkilöiden piti tunnistaa valokuvista esineitä (Tuolloin kognitiivista psykologiaa vielä ilmestyi Science-lehdessä aika usein). Koehenkilöille esitettiin valokuva hyvin lyhyen aikaa, joko 300 ms, 500 ms tai 700 ms. Kuvat näytettiin dioina takistoskoopilla (Benschop, 2008), koska tietokoneet eivät vielä olleet riittävän tehokkaita tai yleisiä näihin kokeisiin. Valokuvan jälkeen takistoskooppi näytti nuolen, joka osoitti jotakin kohtaa näkökentässä. Koehenkilöiden piti muistaa, mitä nuolen kohdalla kuvassa oli ollut. Nuoli saattoi osoittaa esimerkiksi kohtaan, jossa kuvassa oli ollut polkupyörä. Kokeen toisessa versiossa koehenkilöille esitettiin sama kuva, mutta sekoitettuna kuten alla olevan kuvan oikeanpuoleisessa versiossa. Kuvassa olleet esineet olivat samoja, mutta tässä versiossa ne eivät sijoittuneet normaalin havaintomaailman kaltaiseen rakenteeseen. Kun näköjärjestelmä ei näe esineitä rakenteeltaan tyypillisessä kontekstissa, esineiden tunnistustarkkuus oli alhaisempi. Koe siis kertoo, että näköjärjestelmä hyödyntää tietoa havaintomaailman tyypillisestä rakenteesta.
Esimerkkejä Biedermanin käyttämistä kuvista. Vasemmalla on tavallinen valokuva, oikealla siitä tehty mosaiikki, jossa kuvan palojen järjestys on sotkettu.
Biederman teki samasta teemasta tutkimuksia, joissa esineiden sijaintia vaihdeltiin systemaattisesti. Jos esimerkiksi sohva leijui kuvassa taivaalla, se löydettiin hitaammin ja epätarkemmin kuin jos se oli maassa (Biederman 1982).
Esimerkki Biedermanim myöhemmissä kokeissaan käyttämistä koeärsykkeistä, joissa esineiden paikkaa kuvissa vaihdeltiin systemaattisesti.
Noissa kokeissa siis osoitettiin, että maailman rakennetta koskevat olettamukset vaikuttavat siihen, mihin katseemme kohdistamme. Chun ja Jiang halusivat selvittää, kuinka tällaiset oppimismekanismit toimivat ja tehdä asiasta kontrolloidumman koeasetelman. He toteavat artikkelinsa johdannossa, että varhaisia koetuloksia on vaikea tulkita, koska ne on tehty valokuvilla ja piirroksilla: ”These empirical demonstrations employed natural scenes which tap into rich background knowledge and extensive visual experience of observers. But these important variables are difficult to control in the lab, delaying progress for resolving how visual context can be defined, how it influences visual processing, and how contextual knowledge is acquirted and represented.”
Näiden kohteliaiden muotoilujen jälkeen he suosittelevat, että ilmiötä pitäisi tutkia kontrolloiduilla ja semantiikasta vapailla kuvilla. Tämä on hupaisa esimerkki tieteen muoti-ilmiöistä, koska nyt, siis viisitoista vuotta Chunin ja Jiangin artikkelin jälkeen, koeasetelmat ovat taas siirtyneet käyttämään 1970-luvulla paljon käytettyjä valokuvia. Muutama viikko sitten luin jopa Psychological Science-lehdestä artikkelin johtopäätösosuudessa pitkän selvityksen siitä, miksi kyseisessä artikkelissa oli päätetty käyttää keinotekoisia kuvia valokuvien sijaan, vaikka kaikki hyvin tietävät, että yksinkertaistetuilla kuvilla saadut tulokset eivät välttämättä yleisty koelaboratorion ulkopuolelle. No, Chun ja Jiang päätyivät kuitenkin käyttämään aika yksinkertaisia ärsykkeitä eli geometrisista kuvioista muodostettuja kirjaimia. Koehenkilöiden piti etsiä T-kirjain ja kertoa, oliko se 90 astetta kääntynyt oikealla vai vasemmalle. Tehtävästä oli tehty mahdollisimman hankala sijoittamalla T eri väristen L-kirjainten sekaan. Koehenkilölle näytettiin kuva 720 kertaa ja joka kerralla kirjainten sijainnit ja värit vaihtelivat. Tehtävä osoittautui koehenkilöille hankalaksi, keskimääräinen reaktioaika oli hiukan alle sekunnin.
Chunin ja Jiangin käyttämä koeärsyke.
Chun ja Jiang olivat piilottaneet kokeeseen ovelan piirteen, jolla oppimista tutkittiin. Koe oli jaettu 24 kuvan blokkeihin, joita oli 30 kappaletta. Yhteenlaskettu kuvien määrä oli siis 720 kappaletta. Kunkin blokin alussa tuotettiin uudet kuvat, joissa T- ja L-kirjainten värit, sijainnit ja kallistuneisuudet vaihtelivat satunnaisesti. Oppimisvaikutuksen selvittämiseksi uusia kuvia oli vain 12 kappaletta ja 12 kuvaa säilyi koko kokeen ajan samanlaisina. Kokeen loppuun mennessä koehenkilöt olivat siis nähneet puolet kuvista 30 kertaa.
Tulokset osoittivat, että hakunopeus parani toistuvissa kuvissa kokeen edetessä. Kokeen loppupuolella reaktionopeus toistuville kuville oli parantunut noin 80 millisekuntia verrattuna uusiin kuviin. Oppiminen oli tiedostamatonta, sillä suurin osa koehenkilöistä ei huomannut, että kokeessa oli toistuvia kuvia.
Chun ja Jiang nimesivät kokeessa tapahtuvan ilmiön kontekstuaaliseksi hauksi, jossa henkilö oppii kohdeärsykkeen paikan kuvan kokonaisuuden sommitelmassa. Heidän mukaan oppiminen tapahtuu implisiittisesti, eli ilman tietoista kokemusta toistosta ja ilman pyrkimystä oppia kohdeärsykkeiden paikkoja. Näköjärjestelmä siis tehostaa informaation hakua automaattisesti näkymien rakenteissa olevan systematiikan perusteella.
Kuten aikaisemmin mainitsin, näkötutkimuksessa on muotivirtauksia. Eräs muotivirtaus on kokeissa käytettävien kuvien tyyppi. Chunin ja Jiangin artikkelin aikaan tutkijat suosivat yksinkertaisia geometrisia kuvia, joiden piirteet on helppo kontrolloida. Nykyisin taas muodissa ovat mahdollisimman luonnolliset kuvat eli yleensä valokuvat näkymistä. Muodin vaihtuminen näkyy hyvin James Brockmolen ja John Hendersonin (2006) artikkelissa, jossa he tutkivat konstektuaalista hakua. Artikkelin johdannossa Brockmole ja Henderson toteavat: ”Although Chun and colleagues acknowledge that the stimuli used in their experiments lack the realism of a natural scene, they argue that their stimulus arrays neverthless contain the kind of structure available in real-world environments.” Näin muuttuvat argumentit, vuosikymmenessä koeasetelman vahvuus muuttuukin sen heikkoudeksi.
Brockmole ja Henderson käyttivät aikaisemman kokeen keinotekoista koeärsykettä lähtökohtana ja toistivat kokeen valokuvilla. Tehtävä oli sama eli koehenkilöiden piti etsiä T-kirjaimia näkymästä ja valita, ovatko ne oikealle vai vasemmalle kallellaan. T-kirjaimet oli satunnaisesti sijoitettu valokuviin ja Chunin ja Jiangin kokeen tapaan osa näkymistä toistui. Kontekstuaalisen haun ilmiö löytyi myös tässä koeversiossa ja se oli voimakkaampi kuin Chunin ja Jiangin kokeessa. Alussa koehenkilöiltä kului keskimäärin neljä sekuntia T-kirjaimen löytämiseen ja päätöksen tekemiseen, mutta lopussa keskimääräinen reaktionopeus oli vähän yli sekunnin.
Toisin kuin Chunin ja Jiangin kokessa, tässä tapauksessa koehenkilöt muistivat, mitkä kuvat kokeessa olivat toistuneet. Tämä on ymmärrettävää, koska valokuvissa on enemmän semanttisia vihjeitä kuin Chunin ja Juangin kirjainmatriiseissa. Mielenkiintoista oli se, että koehenkilöt muistivat myös hyvin, missä kohtaa toistunutta valokuvaa T-kirjain oli ollut. Valokuvan sisältämät semanttiset ja rakenteelliset vihjeet toimivat siis hyödyllisenä muistivihjeenä.
Kuvien useamman esityskerran vaikutus näyttää aikaisemman kirjallisuuden perusteella ilmiöltä, jossa tehtävän suoritus helpottuu toistojen määrän kasvaessa. Ilmiö näyttää myös toimivan voimakkaammin kuvilla, joissa on selkeä semanttinen sisältö. Eräs kysymys jäi kuitenkin näiden artikkelien pohjalta ratkaisematta, sillä näissä kokeissa koehenkilöt suorittivat aina samaa tehtävää. Entäpä jos kuvat ovat samat, mutta tehtävä erilainen? Ilmeneekö kontekstin oppiminen tässäkin tapauksessa? En heti löytänyt asiaa koskevia tutkimuksia, mutta tämä tarjoaisi mielenkiintoisen menetelmän kahden eri tehtävän vertailuun. Jos koehenkilöt tekevät kahta eri tehtävää ja kontekstuaalista oppimista tapahtuu, tarkoittaa se sitä, että kahdessa tehtävässä käytetään samaa näkymäinformaatiota. Tästähän saisi aika näppärän koeasetelman.
Lähteet
Benschop, R. (2008). What Is a Tachistoscope? Historical Explorations of an Instrument. Science in Context 11, 23–50.
Brockmole, J. & Henderson, J.M. (2006) Using real-world scenes as contextual cues for search. Visual Cognition 13, 99-108.
Buswell, G.T. (1935) How people look at pictures: a study of the perception in art. Chicago: University of Chicago Press.
Chun, M. M., & Jiang, Y. (1998). Contextual cueing: implicit learning and memory of visual context guides spatial attention. Cognitive Psychology 36, 28–71.
Yarbus, A.L. (1967) Eye movements and vision (trans. B.Haigh). New York: Plenum Press.
Muutama viikko sitten pidin Aalto-yliopistossa luentoa binokulaarisesta eli kaksisilmäisestä havaitsemisesta. Ihmisen kaksi silmää ovat pään etupuolella, minkä vuoksi näkökentät ovat päällekkäiset, joka taas mahdollistaa kolmiulotteisen havaitsemisen. Monilla muilla eläimillä silmät ovat pään sivuilla, mikä pienentää binokulaarisen näkökentän kokoa, mutta toisaalta mahdollistaa lähes 360 asteen näkökentän. Tällöin on helppoa katsella minnä tahansa ympäristöön päätä kääntämättä.
Luennolla joku kysyi muiden eliöiden näkökentistä. Kuinka asiat ovat esimerkiksi sellaisilla hyönteisillä joilla on enemmän kuin kaksi silmää? En osannut vastata kysymykseen, koska en ole perehtynyt hyönteisiin. Muutama päivä sitten huomasin Current Biology-lehden uudessa numerossa jutun hyppyhämähäkeistä (Menda et al, 2014), joilla on kahdeksan silmää ja päätin perehtyä asiaan hiukan enemmän .
Artikkelissa oli tutkittu Pohjois-Amerikassa asustelevaa Phidippus audax-lajia, joka komeilee alla olevassa kuvassa. Hyppyhämäkit ovat tunnettuja kehittyneestä saalistustaidostaan. Hämähäkki vaanii saalistaan kärsivällisesti ja lopulta hyppää sen kimppuun. Artikkelissa mainitaan, että niiden käyttäytyminen muistuttaa joiltakin osin enemmän selkärankaisen tai nisäkkään kuin hämähäkin käyttäytymistä.
”Kaldari Phidippus audax 01” by Kaldari – Own work. Licensed under Creative Commons Zero, Public Domain Dedication via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kaldari_Phidippus_audax_01.jpg#mediaviewer/File:Kaldari_Phidippus_audax_01.jpg
Näkötutkijan kannalta hyppyhämäkissä on mielenkiintoista se, että niillä on kahdeksan silmää, jotka ovat erikoistuneet erilaisiin käyttötarkoituksiin. Suurien, pään etuosassa olevien silmien yksityiskohtien erottelukyky on hyvä ja hämähäkki käyttää niitä saaliin tunnistamiseen. Sivummalla olevat kaksi silmää ovat näkötarkkuudeltaan heikkoja, mutta pystyvät erottelemaan hyvin liikettä. Neljä muuta silmää sijaitsevat kauempana pään sivuilla, joten ne eivät näy tässä kuvassa. Myös niitä käytetään liikkeen erottamiseen.
Silmien työnjaosta saa paremman kuvan oheisesta kaavakuvasta, jossa näkyvät kunkin silmäparin näkökentät. Tarkan näkötarkkuuden omaavat silmät (Anterior Medial Eye, AME) osoittavat eteenpäin. Toisin kuin ihmisellä, niiden näkökentät eivät ole päällekkäiset. Liikkeen havaitsemisen tarkoitetut silmät (ALE, PLE, PME) kattavat lähes 360 astetta hämähäkin ympärillä, joten se pystyy erittäin hyvin havaitsemaan liikkeen joka puolella ympärillään.
”Jumping spider vision David Hill” by David Edwin Hill – Peckhamia 83.1, 28 October 2010, p. 14.. Licensed under Creative Commons Attribution 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jumping_spider_vision_David_Hill.png#mediaviewer/File:Jumping_spider_vision_David_Hill.png
Hyppyhämähäkki löytää saaliin ja viholliset liikettä tunnistavilla sivusilmillä ja kääntyy sitten kohti niitä. Tällöin tarkasti näkevät silmät näkevät kohteen ja hämähäkki ratkaisee, onko kohde syötävää vai lajitoveri. Silmissä tapahtuva prosessointi onkin sitten aika erilaista verrattuna ihmiseen. Varhaisissa tutkimuksissaan Land (1969) selvitteli hyppyhämähäkkien näköä, ja mittasi muun muassa niiden silmänliikkeitä! Ei varmastikaan mikään helppo homma, ne eivät varmasti ole maailman yhteistyökykyisimpiä koehenkilöitä.
”Phidippus audax male” by Opoterser – Own work. Licensed under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phidippus_audax_male.jpg#mediaviewer/File:Phidippus_audax_male.jpg
Hyppyhämähäkin silmät poikkeavat ihmisen silmistä aika paljon. Perusperiaate on kyllä sama, eli silmän pohjalla on valoherkkä reseptorimosaiikki, verkkokalvo, johon valo ohjautuu silmän optiikan läpi. Verkkokalvot ovat kuitenkin muuten aika erilaisia. Ihmisen verkkokalvo, on suhteellisen symmetrinen pallon pinta. Hyppyhämähäkin verkkokalvo on sen sijaan bumerangin muotoinen (retinae alla olevassa kuvassa). Hämähäkki siis näkee näkökentästä vain kaksi bumerangin muotoista aluetta.
Land huomasi silmänliiketutkimuksissaan, että hämähäkillä on samanlaisia silmänliikkeitä kuin ihmisellä. Hämähäkin silmät tekevät esimerkiksi sakkadeita ja seurantaliikkeitä kuten ihmisen silmät. Eräs liike oli kuitenkin hyvin poikkeuksellinen. Land kutsuu tätä skannaavaksi silmänliikkeeksi. Skannauksessa hämähäkki katselee kohdetta ja liikuttaa pitkulaista verkkokalvoa pystysuunnassa. Se voi vetää verkkokalvoa hitaasti silmän linssin keskikohdan alitse kuin skanneri. Tällainen liike tapahtuu yleensä silloin kun hämähäkki vaanii kohdetta ja on hyppäämäisillään sen kimppuun. Sen tarkoituksena on siis todennäköisesti kohteen tunnistaminen.
Land, M. (1969). Movements of the retinae of jumping spiders (Salticidae: Dendryphantinae) in response to visual stimuli. Journal of Experimental Biology, 51, 471–493.
Hämähäkin silmäparien erikoistuminen tarkkaan näkemiseen ja liikkeen havaitsemiseen muistuttaa ihmisen aivojen näkötiedonkäsittelyä. Ihmisen verkkokalvolla tiedonkäsittelyyn osallistuvat gangliosolut jakautuvat nopeisiin magnosellullaarisoluihin ja hitaisiin parvosellulaarisoluihin. Magnosellulaarirata välittää liiketietoa ja parvosellulaarirata yksityiskohtiin ja väreihin liittyvää tietoa. Myöhemmässä vaiheessa tämä jako näky aivojen dorsaalisessa ja ventraalisessa tietojenkäsittelyvirrassa. Dorsaalinen virta on erikoistunut liikkeen ja paikan käsittelyn ja ventraalinen keskittyy värien ja muodon havaitsemiseen. On kiinnostavaa, että samanlainen työnjako näkyy myös hämähäkin näkötiedonkäsittelyssä.Tulee mieleen, että kenties ajan ja paikan suhteen tapahtuva prosessointi on siinä määrin erilaista, että on tehokkainta käsitellä ne erillisissä järjestelmissä.
Mendan artikkelissa tutkitaan hyppyhämähäkin näköä muutenkin kuin käyttäytymisen näkökulmasta, he nimittäin mittaavat hämähäkin neuroneita mikroelektrodilla. Ihmisillä ja nisäkkäillä tätä on tehty jo pitkään, mutta ilmeisesti tämä on ollut hämähäkkien tutkimuksessa vaikeampaa. Vaikeus on tullut siitä, että hyppyhämähäkkien keho on paineistettu (”pressurized”) ja reiän tekeminen niiden kuoreen on johtanut hämähäkin nesteiden roiskahtamiseen ulos (”catastrophic fluid loss”). Kuulostaa jotenkin Alien-leffan hirviöltä, jonka sisuksista happo ruiskahtaa ulos. Artikkelissa ei käydä tätä hyppyhämähäkkien ominaisuutta tarkemmin läpi, mutta se on ilmeisesti ollut kriittinen ongelma niiden aivojen tutkimuksessa.
Mendan ja hänen tutkimusryhmänsä tärkein innovaatio oli se, että he pystyivät käyttämään niin pientä mikroelektrodia, että tarvittava reikä ei ollut hämähäkille vaarallinen. Tämän laitteen avulla he pääsivät ensimmäistä kertaa mittaamaan hyppyhämähäkin aivoja.
Mittauksissa havaittiin, että hyppyhämähäkin aivoissa on voimakkaasti kärpäsen näköiseen kuvaan reagoivia hermosoluja. Tämä ei ole mikään valtava yllätys, koska kärpäset ovat hyppyhämähäkin tärkeä ravinnonlähde.
Lisäksi Menda löysi reseptiivisiä kenttiä, jotka reagoivat ainoastaan jos kahteen eri silmätyyppiin näkyi samanaikaisesti kuvioita. Reseptiivisellä kentällä tarkoitetaan tiettyä solujen ryhmittymää, joka reagoi valikoivasti ainoastaan tietyn tyyppiselle kuvioille. Esimerkiksi ihmisen primaarisella näköaivokuorella on soluja, joiden reseptiivinen kenttä on viivan muotoinen, jolloin solut reagoivat ainoastaan silloin kun verkkokalvolle heijastuu tietyn kokoinen ja tietyssä kulmassa oleva viiva. Samaten primaariselta näköaivokuorelta löytyy reseptiivisiä kenttiä, jotka reagoivat vain silloin kun oikeaan ja vasempaan silmään näkyy samanlainen kuvio.
Menda käytti käänteiskorrelaatiomenetelmää, jossa hämähäkille näytettiin suuri määrä satunnaisesti jakautuneita mustavalkoisia kuvia (Alla olevan kuvan kohta A). Kukin matriisi näkyi 100 millisekunnin ajan ja 15 kuvan jälkeen tuli 500 millisekunnin harmaa kuva. Kuvan kohdassa B näkyy alimmaisena hermosolujen aktivoitumista (pienet mustat pisteet), jotka on sitten laskettu yhteen sadan millisekunnin pätkissä (kohdan B histogrammi).
Näistä voidaan sitten laskea käänteiskorrelaatiomenetelmällä, minkälaisille kuvioille hämähäkin aivot ovat herkkiä. Käänteiskorrelaatiomenetelmässä käytetään ristikorrelaatiota ärsykematriisien (A) ja hermosignaalien (B) välillä, jotta voidaan selvittää reseptiivisten kenttien rakenne. Lopputuloksena saadaan osion C kaltaisia kuvia, jossa punainen kertoo hermostollisesta vasteesta vaalealle alueelle ja sininen kertoo vasteesta tummalle alueelle. Käänteiskorrelaatiomenetelmä ja siihen liittyvä luokittelukuvamenetelmä ovat todella kiinnostavia menetelmiä ja ansaitsisivat oman blogikirjoituksensa jossain vaiheessa.
Osan C ylimmässä kuvassa sekä suuret tarkan näön silmät että pienet sekundaariset silmät on peitetty. Tällöin vasteet ovat aika kohinaisia, eli ylimmän rivin värikkäissä kuvissa ei näy mitään selkeää rakenmetta. Jos peite otetaan pois tarkan näön silmistä, vasteet eivät muutu kovinkaan paljon selkeämmäksi, kuten toiseksi ylimmäinen rivi näyttää. Jos kummatkin silmäparit näkevät mustavalkoisen ärsykekuvan, on vasteessa nähtävissä selkeä rakenne (Kolmanneksi ylin rivi). Rakenne on nähtävissä 80 millisekunnin kohdalla, jossa vasteeseen ilmestyy sinien täplä, joka pysyy näkyvissä aina 160 millisekuntiin saakka. Tämä täplä on hämähäkin aivoissa oleva reseptiivinen kenttä, joka osoittaa mittauspaikan kohdalla olevan hermosolun reagoivan kun näkökentän oikeaan laitaan ilmestyy sopivan kokoinen täplä.
Menda, G., Shamble, P. S., Nitzany, E. I., Golden, J. R., & Hoy, R. R. (2014). Visual Perception in the Brain of a Jumping Spider. Current Biology, 24(21), 2580–2585. doi:10.1016/j.cub.2014.09.029
Hyppyhämähäkin aivot toimivat siis aika samalla tavalla kuin ihmisenkin aivot, siellä on tiettyihin ärsykepiirteisiin erikoistuneita järjestelmiä ja reseptiivisiä kenttiä. Olisi mielenkiintoista tietää, mikä on hyppyhämähäkin subjektiivinen kokemus ympäristöstään. Esimerkiksi me ihmiset emme kokemuksen tasolla erottele vasemmasta ja oikeasta silmästä tulevaa kuvaa vaan koemme maailman yhtenäisenä. Todennäköisesti sama toimii hyppyhämäkillä, eli se ei erottele kahdeksasta silmästä tulevia näkymiä vaan kokee jonkinlaisen yhtenäisen visuaalisen näkymän, joka tässä tapauksessa kattaa koko sitä ympäröivän alueen.
Lähteet
Land, M. (1969). Movements of the retinae of jumping spiders (Salticidae: Dendryphantinae) in response to visual stimuli. Journal of Experimental Biology, 51, 471–493.
Menda, G., Shamble, P. S., Nitzany, E. I., Golden, J. R., & Hoy, R. R. (2014). Visual Perception in the Brain of a Jumping Spider. Current Biology, 24(21), 2580–2585.
Tämä on dramaattisin päivä tämän blogin historiassa: blogin nimi muuttui! Uusi nimi kuvaa näköjärjestelmän perustehtävää eli signaalien erottamista kohinasta. Myös tämän blogin ideana on poimia tieteelllisten artikkelien tulvasta ne kiinnostavimmat jutut, joten uudella nimellä on tällainen todella nokkela kaksoismerkitys.
Jotkut psykologian koeasetelmat vaikuttavat ensi silmäyksellä hiukan kummallisilta. Esimerkiksi Linkenaugerin ja kumppaneiden juuri ilmestyneessä jutussa henkilöiden piti katsoa omaa kättänsä ja jalkaansa suurennuslasin lävitse. Ei liene kovinkaan yllättävää, että koehenkilöt raportoivat jalan ja käden näyttävän suuremmalta.
Jos tuloksia katsoo tarkemmin, paljastuu kuitenkin, että oma käsi ei näyttänyt suurentuvan läheskään niin paljon kuin jalka. Myös toisen henkilön käsi tai jalka suurenivat paljon. Tämän huomion kautta päästään artikkelin pääkysymykseen: miksi oma käsi ei näytä suurenevan niin paljon kuin muut jalat ja kädet?
Linkenaugerin mukaan käden koon pysyvyys on suurempi kuin muiden objektien, koska käytämme sitä mittatikkuna toimiessamme maailmassa. Meidän pitää pystyä nopeasti arvioimaan lähiympäristössämme olevien esineiden ominaisuudet, joista eräs on niiden mahtuminen käteen. Esineen kokoa voidaan arvioida monien vihjeiden avulla, mutta vertaaminen käden kokoon on näppärä ja nopea keino. Jos käsi toimii tällaisena mittatikkuna, niin silloin näköjärjestelmä olettaa, että tilanteesta riippumatta oman käden koko säilyy vakiona. Tämä lienee ihan turvallinen oletus. Jos kättä sitten suurennetaan suurennuslasilla, niin näköjärjestelmän prosessit arvioivat käden olevan edelleen saman kokoinen kuin ennenkin, eli emme huomioi suurenemista.
Linkenaugerin selitys vaikuttaa loogiselta, mutta silti vaikuttaa jotenkin kummalliselta, että yksinään näkyvän käden optinen suurentaminen jäisi noinkin paljon huomaamatta. He kuitenkin toistavat tuloksen viitenä erilaisena versiona hiukan erilaisilla menetelmillä, mikä on aika vakuuttavaa.
Olisi muuten mielenkiintoista nähdä tästä jatkokoe, jossa käden vieressä olisi muita tuttuja esineitä, vaikkapa teemuki. Jos kättä oikeasti käytetään mittatikkuna, niin teemukin pitäisi suurennuslasilla katsottaessa pienentyä vähemmän silloin kuin käsi on sen vieressä. Jos käsi otetaan pois, teemukin pitäisi suurentua enemmän, koska mittatikkuna toiminut käsi on pois näkymästä. Tässä olisi jollekin hyvä koeidea toteutettavaksi!
Lähteet
Linkenauger, S., Geuss, M.N., Stefanucci, J.K., Leyrer, M., Richardson, B.H., Proffit, D.R., Bülthoff, H. & Mohler, B.J. (2014) Evidence for hand-size constancy. The dominant hand as a natural perceptual metric. Psychological Science 25(11) 2086-2094.
Poikani sai synttärilahjaksi Mr. Fuzzyn, joka on kevyt mato, jolle annoin suomalaisen nimen Herra Mato. Herra Matoa voi liikutella sen kuonoon kiinnitetyllä siimalla. Pienen kokeilun jälkeen poika ei vaikuttanut kovin innostuneelta ja itsekin ihmettelin, mikä tämän lelun idea oikein oli.
Päätimme vilkaista, löytyykö YouTubesta jotain esimerkkejä Herra Madon käytöstä ja siellä paljastui, kuinka hienoja temppuja tällä madolla voi tehdä.
Muissa videoissa kerrottiin, kuinka temppu tehdään. Homma toimii yllättävän yksinkertaisesti, eli siiman toisessa päässä oleva pahvi kiinnitetään vyöhön. Kun käden laittaa siiman alle ja nostaa kättä, siima jännittyy ja mato näyttää nousevan ylöspäin. Siiman avulla voi kikkailla monella tavalla, mutta hienoin efekti tulee kun siiman pitää jäykkänä, jolloin mato pysyy paikallaan. Kun vetää kättään niin, että mato liikkuu suhteessa käteen, mato näyttää liikkuvan.
Jostain syystä siis käden ja madon suhteellinen liike tulkitaan madon liikkeeksi kädellä vaikka itse mato ei liiku mihinkään. Tämä liittyy näkötutkimuskirjallisuudessa mainittuun ilmiöön nimeltä ”induced movement” eli suoraan suomennettuna tämä olisi ”aiheutettu liike”, mikä kuulostaa jotenkin kömpelöltä. Epäsuora liike voisi olla parempi termi, koska se kuvaa kuinka liikkeen havainto syntyy epäsuorasti ympäristön aiheuttamana.
Epäsuoran liikkeen ensimmäisenä tieteellisenä kuvailuna pidetään saksalaisen Karl Dunckerin vuonna 1929 julkaisemaa ”Über induzierte Bewegung”-artikkelia. Vilkaisin alkuperäisjulkaisua ja Duncker esittääkin artikkelin aluksi hyvän esimerkin epäsuorasta liikkeestä: jos istut junassa ja viereinen juna lähtee liikkeelle, tulee sinulle hetkellisesti kokemus siitä, että lähdet itse liikkeelle.
Duncker tutkii epäsuoraa liikettä nykyiseen tietokoneaikaan verrattuna aika erikoisilla menetelmillä: hän heijastaa peilin avulla pienen täplän auringonvaloa pahville ja liikuttelee sitten pahvia. Katsojan mielestä sekä pahvi että täplä näyttävät liikkuvan. Loogisena tieteentekijänä Duncker liikuttelee sen jälkeen auringonvalotäplää ja toteaa, että tässä tapauksessa pahvi ei näytä liikkuvan. Hän arvelee tämän liittyvän siihen, että pahvi on kooltaan suurempi ja se liittyy selkeämmin ympärillä olevaan ja selkeästi paikallaan pysyvään huoneeseen. Herra Madon tapauksessa sekä pienempi mato että suuremmat kädet liikkuvat, mikä varmasti voimistaa liikkeen illuusiota.
Tämän jälkeen Duncker siirtyy pimennettyyn huoneeseen, jossa kahden ”projektiolyhdyn” avulla heijastetaan läpikuultavalla kankaalle kaksi muutaman sentin läpimittaista valopistettä. Koehenkilöt tarkkailevat valopisteitä ja raportoivat niiden liikkeitä. Kun koehenkilö saa vapaasti katsella valopisteitä ja toista valopistettä liikutellaan tasaisella nopeudella, koehenkilö havaitsee kummankin valopisteen liikkuvan. Duncker siis oivaltaa, että liikkeen havaitseminen perustuu pisteiden väliseen suhteelliseen liikkeeseen.
Jos koehenkilöä käsketään katsomaan toiseen pisteistä, hän näkee sen pisteen liikkuvan, johon hän tuijottaa. Herra Madon tapauksessa katse varmasti kohdistuu käsien sijasta matoon, joten tämäkin saattaa korostaa liikkeen illuusiota.
Herra Mato on siis paljon muutakin kuin parin euron lasten lelu, silla on suora linkki näkötutkimuksen varhaishistoriaan. Olisi muuten mielenkiintoista tietää, perustuvatko jotkut taikatemput tällaisen näennäisliikkeen tuottamiselle.
Lähteet
Duncker, K. (1929) Über induzierte Bewegung. Psychologische Forschung 12(1) 180-259.
Kaikilla ympäröivässä maailmassa olevilla asioilla on jokin väri. Mistä havaittu väri sitten johtuu? Periaate on aika yksinkertainen. Tilanteessa on jokin valolähde, vaikkapa aurinko tai olohuoneen kattolamppu. Valolähteestä tuleva valo etenee kunnes se osuu pintaan, josta osa valon aallonpituksista heijastuu paremmin ja osa huonommin. Jos pinta esimerkiksi heijastaa hyvin valon matalia aallonpituuksia, mutta huonosti korkeita ja keskipitkiä aallonpituuksia, se näyttää sinisemmältä. Pinnasta heijastunut valo jatkaa matkaansa kunnes se saapuu silmään. Silmän verkkokalvolla tapahtuu valon värisävyn rekisteröinti ja aivoissa sitten syntyy lopullinen värin havainto.
Värien havaitseminen on kuitenkin muutakin kuin pelkkää värierottelua, näkötutkimuksessa tunnetaan monia erilaisia ilmiöitä, joissa värien havaitsemiseen vaikuttaa moni muukin asia kuin aallonpituusjakauma. Vuoden 2014 illuusiokilpailun kakkoseksi tullut väri-illuusioiden sarja on esimerkki siitä, kuinka ääriviivat vaikuttavat värien havaitsemiseen. Illuusiosarja koostuu kolmesta animaatiosta, joissa kussakin on sama idea: taustalla oleva värien jakauma pysyy samana, mutta ääriviivoja sopivasti vaihtelemalla kuvan värit näyttävät erilaisilta.
Ensimmäisenä animaatiossa on ympyrämäinen kuvio, jossa mustat ympyrän ääriviivat muuttavat paikkaansa. Kun mustat kehät ovat eri kohdassa, ympyrän värit näyttävät erilaisilta. Tämä ei mielestäni ole kovin yllättävä illuusio, koska paksut mustat viivat peittävät aina osan väreistä, joten on aika itsestäänselvää, että kussakin tilanteessa värit näyttävät erilaisilta.
Seuraavana animaatiossa tuleva versio onkin jo parempi: tässäkin kuvassa taustan väri pysyy samana, mutta riippuen mustien viivojen suunnasta kuvassa näyttää olevan joko pystyjä sinertäviä palkkeja tai vaakasuuntaisia vihreitä ja violetteja palkkeja. Illuusion perusajatus ilmentyy tässä hyvin: näköjärjestelmä määrittelee värit ääriviivojen rajoittamien pintojen alueelle.
Animaatiossa kolmantena tuleva versio on kaikkein hienoin: ääriviivoista riippuen kuviossa näyttää olevan joko vihreitä tai violetteja tähtiä. Tässä versiossa ilmiön mekanismit näkyvät myös paremmin: vihreän ja violetin rajalla oleva siirtymä-alue tulkitaan kuvassa olevan kahdeksankulmion sisällä joko violetiksi (ylempi kuva) tai vihreäksi (alempi kuva) riippuen ääriviivan rajaamasta pinnasta.
Animaation lopuksi on vielä tarjolla linkki YouTube-videoon, jossa sama ilmiön on demottu piirroskuvilla.
Videossa on pari olennaista vaihetta. Aluksi näytetään kuvien mustavalkoiset versiot, eli metsä ja kaupunki alalaidassa. Samalla ylälaidassa on kaksi värillistä kuviota. Huomaa, että ylälaidan värikuviot ovat samanlaiset, ne ovat metsäkuvioon kuuluvia värejä.
Seuraavaksi mustavalkoiset kuvat liutetaan värien päälle. Vaikka taustaväri on peräisin metsäkuvasta, se näyttää yhtä hyvältä sekä metsä että kaupunkikuvassa. Lopuksi videossa vielä varmuuden vuoksi vaihdetaan mustavalkokuvien paikkaa vasemmalta oikealle, jotta voidaan osoittaa, että taustavärillä ei oikeasti ole vaikutusta havaintoon. Tämä on aika vakuuttava esitys siitä, kuinka hyvin erilaiset taustavärijakaumat yhdistetään pintoihin jotta näkymästä saadaan selkeä tulkinta. On aika ymmärrettävää, että näköjärjestelmä toimii näin, koska tavallisissa arkipäiväisissä näkymissä pinnat harvemmin ovat sarjakuvamaisen tasaisesti värittyneitä. Tämä johtuu siitä, että pintojen ulkonäköön vaikuttavat varjot, heijastumat ja monet muut ilmiöt eli pinta on aina todella monimutkainen erilaisten kuvioiden yhdistelmä. Jotta pystyisimme tekemään pinnasta jonkinlaisen värihavainnon, näköjärjestelmä yhdistelee pinnan sisällä olevia värimuutoksia, kuten nämä illuusiot osoittavat.
 | Nimetön: Valokuvien ja piirrosten … |
| Nimetön: Valokuvien ja piirrosten … |
 | Jim: Vaaniva kissa hyödyntää näköjä… |
 | Vauvan tai vainajan…: Käsi saapui outoon laakso… |
| Nimetön: Sinisen mekon tapaus |
Signaali & Kohina 
