Illusjon av lys krymper pupillen

Hvilken av figurene er lysest i midten? Når hjernen lurer deg, er det kanskje ikke en feil, men en slags forbedring av virkeligheten.

Publisert
Disse to illusjonene er tilpasset etter design fra psykologen og kunstneren Akiyoshi Kitaoka. Figuren til venstre heter «Morning sunlight», og har tilsynelatende et sterkt lys i midten. Den til høyre heter «Evening dusk», og her ser midten ut til å være mørkere enn bakgrunnen rundt. De to figurene er egentlig like lyse. Klikk på forstørrelsesglasset for større versjon. (Foto: (Figurer: Bruno Laeng, Tor Endestad og Akiyoshi Kitaoka))
Disse to illusjonene er tilpasset etter design fra psykologen og kunstneren Akiyoshi Kitaoka. Figuren til venstre heter «Morning sunlight», og har tilsynelatende et sterkt lys i midten. Den til høyre heter «Evening dusk», og her ser midten ut til å være mørkere enn bakgrunnen rundt. De to figurene er egentlig like lyse. Klikk på forstørrelsesglasset for større versjon. (Foto: (Figurer: Bruno Laeng, Tor Endestad og Akiyoshi Kitaoka))

Pupillen:

Pupillen er en åpning midt i øyets regnbuehinne. Størrelsen på åpningen regulerer mengden lys som treffer netthinnen.

Hos mennesket er pupillen rund, mens den kan være oval eller spalteformet hos andre arter.

Når det er mørkt, vil pupillene utvide seg for å slippe inn mer lys, så vi ser bedre. Når det er lyst, trekker pupillene seg sammen for å beskytte øyet mot for mye lys.

Flere studier har vist at utvidelse av pupillen også kan forårsakes av at du blir interessert i noe, det skjer noe nytt, eller du blir seksuelt stimulert. Her har det lenge vært kjent at kognitive prosesser er involvert.

Dette skiller seg fra pupillsammentrekningen på grunn av hastigheten.

Utvidelsen skjer i løpet av et sekund eller to, og kan derfor karakteriseres som en sideeffekt.

Sammentrekningen når vi ser på illusjoner av lys skjer i løpet av 100-200 millisekunder, ved samme hastighet som når vi faktisk sender lys direkte inn i øyet.

Dette er grunnen til at forskerne mener sammentrekningen er en evolusjonær tilpasning.

Det er et gammelt filosofisk spørsmål: Når du går på gata og ser, lukter, hører og føler miljøet rundt deg – i hvilken grad kan du si at du oppfatter virkeligheten som den er?

Dyr og menneskers evne til å sanse seg selv og omgivelsene har blitt til gjennom milliarder av år med evolusjon. Noen ganger virker det likevel som hjernen lurer oss.

Illusjoner setter dette på spissen. På bildet over ser du to ulike former satt sammen av like deler. Den ene formen ser ut som den har et lysende sentrum. I den andre virker midtpartiet mørkere.

Realiteten er at midtfeltene i de to formene er like lyse. At hjernen oppfatter det annerledes, er en optisk illusjon.

Trekker seg sammen

Norske forskere har nå dokumentert at pupillene faktisk trekker seg sammen når vi ser på den tilsynelatende lysende formen, sammenlignet med når blikket hviler på den andre.

 (Illustrasjonsfoto: iStockphoto)
(Illustrasjonsfoto: iStockphoto)

Sammentrekningen skjer veldig hurtig – i løpet av 100-200 millisekunder. Målingene er gjort direkte ved hjelp av infrarødt videokamera.

Tidligere har man trodd at slik pupillsammentrekning bare blir utløst av stimuli fra økt lysstyrke - som en ren refleks fra kroppens side - for å hindre at netthinnen blir skadet.

Oppfatningen har vært at refleksen stammer fra noen veldig få nerveceller i lavere strukturer i hjernen, og at ingen høyere hjernestrukturer er involvert.

En parallell er kroppens reaksjon når du brenner deg på fingeren og hånden rykkes bort av seg selv, før du kjenner at det svir.

Dette skjer hurtig, fordi signalet fra fingerens nerveceller i første omgang ikke reiser helt til hjernen. Det går bare inn til ryggmargen, før det sendes tilbake til hånden med beskjed om å rykke den tilbake.

Høyere hjernefunksjon

Pupillsammentrekningen har også blitt forstått som en slik automatisk respons. De nye resultatene viser at dette ikke stemmer. Funnet rokker ved forståelsen av hvordan hjernen håndterer opplevelsen av omgivelsene.

- Pupillene trekker seg sammen når vi ser illusorisk lys. Det er besynderlig, for det som treffer netthinnen er definitivt ikke mer lys, sier Tor Endestad, førsteamanuensis ved Psykologisk institutt og Center for the Study of Human Cognition ved Universitetet i Oslo (UiO).

Pupillene reagerer altså nesten øyeblikkelig på det vi tror vi ser, heller enn det vi faktisk ser. Det tyder på at høyere hjernefunksjoner er involvert i prosessen. Hjernens fortolkning av verden ligger til grunn for den lynraske sammentrekningen ved illusorisk lys.

- Dette snur opp ned på tanken om hva oppfattelsesfeil er. Tidligere har man tenkt på det som sidespor i evolusjonen. Nå ser vi det mer som tilpasninger og lærte fenomener, sier Endestad.

Bruno Laeng, professor ved UiO. (Foto: UiO)
Bruno Laeng, professor ved UiO. (Foto: UiO)

Antatte unøyaktigheter i sanseinstrumentene evolusjonen har utrustet oss med, kan tvert imot  ha utviklet seg for å gjøre oss bedre rustet til å møte omgivelsene.

- Bedre enn virkeligheten

- Kanskje det vi ser er bedre enn virkeligheten. Vi konstruerer til dels illusoriske oppfatninger som hjelper oss å fungere bedre og mer presist, sier Endestad.

- Jeg er enig, sier studiens hovedforfatter, professor Bruno Laeng, også ved UiOs Psykologisk institutt og Center for the Study of Human Cognition.

Forskningen er publisert i tidsskriftet PNAS og omtalt av flere tidsskrifter i utlandet.

I tilfellet med det illusoriske lyset og pupillenes sammentrekning, tror Laeng at fenomenet har utviklet seg nettopp for å skjerme øyet.

- Funksjonen er å forebygge at netthinnen blir skadet. Hvis hjernen oppfatter at det kan komme et sterkt lys i omgivelsene, vil den veldig raskt være forberedt på det. Den gjør seg klar til noe som muligens vil skje, sier han.

Ny teori

Andre illusjoner kan ha andre funksjoner.

- Det kan tenkes at ulike lysfenomener hjelper oss med å se detaljer i omgivelsene mye bedre, sier Endestad.

-  Mange av illusjonene reflekterer den beste tolkningen vi har av visuell informasjon. Visuell informasjon er veldig tvetydig i seg selv. Det samme bildet kan bety mange ting, sier Laeng.

De to forskerne mener funnet kan bidra til utviklingen av en ny teori om hvordan mennesker fungerer i visuelle sammenhenger.

- Her responderer øyet på hvordan vi tenker at verden ser ut, og ikke kun på nivået av energi som kommer inn gjennom pupillen, sier Laeng.

- Det betyr at det er mye mer interaksjon mellom sensoriske organer og hjernen enn vi trodde. Dette har konsekvenser for fysiologi og nevrovitenskap, sier han.

Konstruksjon

På mange forskningsfelt har forståelsen av mennesket som et konstruerende vesen blitt stadig viktigere. Det gjelder for eksempel forskning på hukommelse, hvordan vi tar beslutninger, og hvordan vi oppfatter oss selv.

- Det konstruerende prinsippet er avgjørende for å forstå hvordan vi fungerer, heller enn én til én korrespondanse mellom fysiske fenomener og mentale representasjoner av det samme, sier Endestad.

Tor Endestad, førsteamanuensis ved UiO. (Foto: UiO)
Tor Endestad, førsteamanuensis ved UiO. (Foto: UiO)

Han mener pupillstudien viser hvordan hjernens fortolkning av virkeligheten har en helt avgjørende betydning for hvordan vi automatisk reagerer på omgivelsene.

- Ingen kan bevisst styre pupillene sine, så her har vi en interessant kobling mellom noe veldig automatisk og noe åpenbart tolkende. Det forteller mye om hvordan mennesket virker, sier Endestad.

For Laeng gir funnet støtte til filosofiske retninger som vektlegger at hjernen ikke gir oss et speil av verden, men en kompleks og fortolkende rekonstruksjon.

- Den må åpenbart fungere godt, ellers kunne vi ikke være her og snakke og filosofere. Men det er noe annet enn å tenke seg at det vi opplever er en direkte representasjon av omgivelsene, sier han.

De to forskerne bretter nå opp ermene for å forklare hva som forårsaker pupillens reaksjon på illusorisk lys. Planen er å videreføre studien med teknikker som avbilder hjernes aktivitet, for eksempel fMRI.

Laeng og Endestad brukte også disse illusjonene, hvor visse sammenstillinger av pacman-former gir en illusjon av konturer rundt en hvit trekant. Når pacman-formene snus, forsvinner illusjonen. Den hvite trekantillusjonen skapte også pupillsammentrekninger, men ikke like kraftige som «Morning sunlight». (Foto: (Figurer: Bruno Laeng og Tor Endestad))
Laeng og Endestad brukte også disse illusjonene, hvor visse sammenstillinger av pacman-former gir en illusjon av konturer rundt en hvit trekant. Når pacman-formene snus, forsvinner illusjonen. Den hvite trekantillusjonen skapte også pupillsammentrekninger, men ikke like kraftige som «Morning sunlight». (Foto: (Figurer: Bruno Laeng og Tor Endestad))

Referanse:

Bruno Laeng og Tor Endestad; Bright illusions reduce the eye’s pupil; PNAS; 23. januar 2012; doi: 10.1073/pnas.1118298109.

Lenker:

Science: Brightness Is in the Eye of the Beholder

New Scientist: Pupils constrict at the thought of brightness

Psykologisk institutt, UiO: Bright illusions reduce the eye’s pupil

Akiyoshi Kitaoka: Akiyoshi’s illusion pages

Center for the Study of Human Cognition: Bruno Laeng

Center for the Study of Human Cognition: Tor Endestad