DOZNANIA WZROKOWE

sà z natury rze-

czy z∏udne: powstajàcy na siatkówce
obraz ludzkiej postaci jest tej samej wiel-
koÊci, niezale˝nie od tego czy patrzymy
z bliska na niskà osob´ czy z daleka
na wysokà. Percepcja polega do pew-
nego stopnia na wykorzystaniu okreÊlo-
nych za∏o˝eƒ dotyczàcych w∏aÊciwoÊci
Êwiata w celu wyeliminowania tego ro-
dzaju wieloznacznoÊci. Badajàc z∏udze-
nia wzrokowe, mo˝emy zatem dotrzeç
do ukrytych regu∏, którymi kieruje si´
mózg. Z∏udzenia wywo∏ywane przez
Êwiat∏ocieƒ sà dobrà podstawà do ta-
kich rozwa˝aƒ.

Cieniowane kó∏ka w górnym rz´dzie

na rysunku (a) mo˝na postrzegaç jako
oÊwietlone z prawej strony wypuk∏oÊci,
w dolnym rz´dzie zaÊ jako zag∏´bie-
nia – albo odwrotnie. Funkcjonowanie
oÊrodków wzrokowych w mózgu naj-
wyraêniej opiera si´ na za∏o˝eniu, ˝e
oglàdanà scen´ oÊwietla w ca∏oÊci jed-
no êród∏o Êwiat∏a. Ma to sens, zwa˝yw-
szy, ˝e ewolucja naszego gatunku prze-
biega∏a na planecie, którà oÊwietla jedna
gwiazda. Przesuwajàc w myÊlach êró-
d∏o Êwiat∏a od prawej do lewej, mo˝emy

sprawiç, ˝e postrzegane wypuk∏oÊci i za-
g∏´bienia zamienià si´ miejscami.

Rysunek (b) jest jeszcze bardziej su-

gestywny. W tym przypadku jasne od gó-
ry kszta∏ty [z lewej] sà zawsze odbiera-
ne jako wypuk∏oÊci, a jasne od do∏u
[z prawej] jako zag∏´bienia. OdkryliÊmy
wi´c kolejne za∏o˝enie, na którym opie-
ra si´ przetwarzanie bodêców wzroko-
wych: Êwiat∏o pada z góry. Mo˝emy to
sprawdziç, przekr´cajàc rysunek o 180º
– taki obrót powoduje natychmiastowà
zmian´ miejsc wypuk∏oÊci i zag∏´bieƒ.

Zdumiewajàce, ˝e przyjmowane przez

mózg za∏o˝enie, i˝ Êwiat∏o pada znad g∏o-
wy, pozostaje w mocy nawet wtedy, kie-
dy zamiast odwracaç kartk´, przekr´ca-
my o 180º g∏ow´. PoproÊmy kogoÊ, by
przytrzyma∏ rysunek w prawid∏owej po-

zycji – górà do góry. Kiedy nast´pnie
schylimy si´ i opuszczajàc g∏ow´ mi´dzy
nogi, spojrzymy na rysunek, oka˝e si´,
˝e wypuk∏oÊci i zag∏´bienia znów zamie-
ni∏y si´ miejscami, tak jakby s∏oƒce prze-
mieÊci∏o si´ wraz z naszà g∏owà i teraz
Êwieci∏o z poziomu pod∏ogi. Sygna∏y
z oÊrodka odpowiadajàcego za utrzyma-
nie równowagi cia∏a – uk∏adu przedsion-
kowego – reagujàcego na po∏o˝enie znaj-
dujàcych si´ w uchu wewn´trznym
drobnych kamyczków, czyli otolitów, do-
cierajà tak˝e do oÊrodków wzrokowych,
korygujàc postrzegany obraz (dzi´ki
temu nie mamy wra˝enia, ˝e to Êwiat
„stanà∏ na g∏owie”). Korekta ta nie doty-
czy jednak po∏o˝enia s∏oƒca.

DoÊwiadczenie to pokazuje, ˝e mimo

pozorów pe∏nej jednoÊci percepcji bodê-
ce wzrokowe sà w rzeczywistoÊci prze-
twarzane równolegle przez ró˝ne oÊrod-
ki mózgu. Niektóre z nich ∏àczà si´ z
uk∏adem przedsionkowym, ale nie oÊro-
dek odtwarzajàcy kszta∏t na podstawie
konfiguracji Êwiate∏ i cieni. Byç mo˝e
wynika to stàd, ˝e dopasowanie obrazu
do uk∏adu wspó∏rz´dnych zwiàzanych
ze Êwiatem zewn´trznym jest zadaniem
zbyt kosztownym obliczeniowo i czaso-
ch∏onnym. Nasi przodkowie poruszali
si´ zasadniczo z podniesionà g∏owà,
dzi´ki czemu mózg móg∏ sobie pozwoliç
na stosowanie tego upraszczajàcego za-
∏o˝enia. Innymi s∏owy, naszym proto-
plastom na tyle cz´sto udawa∏o si´ wy-
chowaç dzieci a˝ do osiàgni´cia przez
nie dojrza∏oÊci, ˝e nie pojawi∏a si´ pre-
sja ewolucyjna wymuszajàca powstanie
mechanizmów korygujàcych uk∏ad
wspó∏rz´dnych.

Patrzàc na rysunek (c), potrafimy nie-

mal natychmiast po∏àczyç myÊlowo wy-
puk∏oÊci w jednà grup´ i oddzieliç je
od zag∏´bieƒ. Jak odkryli ju˝ kilkadzie-
siàt lat temu naukowcy badajàcy uk∏ad
wzrokowy, tylko niektóre elementarne
cechy obrazu, identyfikowane na wcze-
snym etapie przetwarzania bodêców
wzrokowych, rzucajà si´ w oczy i dajà
si´ w ten sposób grupowaç. Mózg umie
na przyk∏ad wyró˝niç zestaw czerwo-
nych punktów na tle zielonych, nato-
miast nie jest w stanie wyró˝niç grupy
twarzyczek uÊmiechni´tych J rozrzu-

110

UMYS¸

Zobaczyç
znaczy uwierzyç

Dwa wymiary? Trzy wymiary? Sprawdê, jak percepcja cieniowanych
kszta∏tów ma si´ do funkcjonowania mózgu

VILAYANUR

S. RAMACHANDRAN i DIANE ROGERS-RAMACHANDRAN

z

∏udzenia

IL

USTRACJE NADIA STRASSER

a

Percepcja zale˝y m.in. od za∏o˝eƒ na temat otaczajàcego nas Êwiata,

które pozwalajà eliminowaç wieloznacznoÊç. Do badania ukrytych

regu∏, którymi kieruje si´ mózg, przydatne sà z∏udzenia wzrokowe.

b

conych wÊród smutnych L. Wynika
stàd, ˝e kolor jest cechà elementarnà,
uÊmiech natomiast – nie. (Dla zdolnoÊci
przetrwania wa˝ne jest, by umieç zesta-
wiaç w ca∏oÊç fragmenty zbli˝onej barwy.
Lew za zas∏onà zielonych liÊci jest wi-
doczny tylko jako zbiór z∏ocistych plam,
z których oÊrodki wzrokowe potrafià jed-
nak z∏o˝yç kszta∏t lwa, stanowiàcy sy-
gna∏ ostrzegawczy: „Uciekaj!” A obiekty
z∏o˝one z uÊmiechów nie istniejà).

Z faktu, ˝e mo˝na zgrupowaç wzroko-

wo wypuk∏oÊci na rysunku (c), wynika,
˝e informacja o uk∏adzie Êwiate∏ i cieni,
podobnie jak o kolorze, zostaje wydoby-
ta na wczesnym etapie przetwarzania
bodêców wzrokowych [patrz: Vilayanur
S. Ramachandran „Perceiving Shape
from Shading”; Scientific American, sier-
pieƒ 1988]. Potwierdzi∏y to w ostatnich
latach badania nad aktywnoÊcià neuro-
nów ma∏p i doÊwiadczenia wykorzystujà-
ce techniki obrazowania ludzkiego móz-
gu. Niektóre komórki kory wzrokowej
wytwarzajà impulsy, kiedy obserwator
widzi wypuk∏oÊci, inne reagujà wy∏àcz-
nie na widok zag∏´bieƒ. Na rysunku (d),
choç uk∏ad bia∏ych i czarnych po∏ówek
kó∏ jest taki sam jak obszarów Êwiat∏a
i cienia na rysunku (c), elementy nie two-
rzà rzucajàcych si´ w oczy grup. Sugeru-
je to, ˝e postrzeganie g∏´bi niezwykle u∏a-
twia interpretacj´ obrazu, odczytywanà
w poczàtkowej fazie jego przetwarzania.

OczywiÊcie zasady interpretacji Êwia-

te∏ i cieni, którymi badacze zajmujà si´
dopiero od niedawna, odkry∏a wczeÊniej
i wykorzystywa∏a przez miliony lat ewo-
lucja. Gazele majà bia∏e brzuchy i ciem-
ne grzbiety – takie ubarwienie, odwra-
cajàce zwyk∏y uk∏ad Êwiate∏ i cieni,
neutralizuje efekt padajàcego z góry Êwia-
t∏a. Dzi´ki temu gazele mniej rzucajà si´
w oczy; wydajà si´ ponadto chudsze,
a przez to mniej atrakcyjne dla drapie˝-
ników. Odwrotny uk∏ad Êwiate∏ i cieni
wyst´puje te˝ u gàsienic, aby jak najmniej
wyró˝nia∏y si´ na p∏askiej powierzchni
liÊci, na których ˝erujà. U gàsienic pew-
nego gatunku owada dosz∏o nawet do po-
nownego odwrócenia uk∏adu barw – wy-
dawa∏o si´ to niezrozumia∏e do czasu,
kiedy naukowcy zorientowali si´, ˝e gà-
sienica zwisa zwykle z ga∏àzek grzbie-
tem w dó∏. OÊmiornica pewnego gatun-
ku potrafi natomiast zmieniaç uk∏ad

barw stosownie do potrzeb: jeÊli zwierz´
zawisa stronà brzusznà do góry, wytwa-
rzajàce barwnik komórki w jej skórze,
zwane chromatoforami, kontrolowane
przez bodêce z uk∏adu przedsionkowe-
go, powodujà zmian´ miejsc jaÊniejszych
na ciemniejsze i odwrotnie.

Uderzajàcy przyk∏ad efektu cieniowa-

nia w przyrodzie dostrzeg∏ Karol Dar-
win – sà to oczka na d∏ugich piórach ogo-
nowych argusa malajskiego. Kiedy pióra
u∏o˝one sà poziomo, ubarwienie oczek
zmienia si´ od lewej do prawej. Podczas
taƒca godowego ptak stawia pióra pio-
nowo. Oczka sà wtedy bledsze w cz´Êci
górnej, a ciemniejsze u do∏u, przez co
robià wra˝enie wypuk∏ych, metalicznie
po∏yskujàcych pó∏kul – tak jakby ptaka
przyozdabia∏a bi˝uteria.

Prosty rysunek kilku cieniowanych kó-

∏ek pozwoli∏ wi´c odkryç za∏o˝enia, na
których opiera si´ przetwarzanie bodê-

ców wzrokowych u ludzi, a nawet wyja-
Êniç ich znaczenie w ewolucji. Jak widaç,
badajàc z∏udzenia wzrokowe, mo˝na po-
znaç prawdziwà natur´ percepcji.

n

VILAYANUR S. RAMACHANDRAN i DIANE RO-
GERS-RAMACHANDRAN prowadzà wspólnie
badania nad percepcjà wzrokowà. Ramachan-
dran pe∏ni funkcj´ dyrektora w Center for Brain
and Cognition w University of California w San
Diego (UCSD), gdzie jest tak˝e profesorem w
katedrze psychologii i neurologii. Pracuje te˝
jako wyk∏adowca kontraktowy biologii w Salk
Institute. Ukoƒczy∏ medycyn´, a nast´pnie uzy-
ska∏ tytu∏ doktora w Trinity College w Universi-
ty of Cambridge. Jest cz∏onkiem All Souls Col-
lege w University of Oxford oraz laureatem
Medalu im. Ariënsa Kappersa przyznawanego
przez Holenderskà Królewskà Akademi´ Nauk.
Rogers-Ramachandran przed przejÊciem do
UCSD prowadzi∏a badania w University of North
Carolina w Chapel Hill.

WYDANIE SPECJALNE

ÂWIAT NAUKI

111

Literatura uzupe∏niajàca

u

Neural Activity in Early Visual Cortex Reflects Behavioral Experience and Higher-Order Per-
ceptual Saliency. Tai Sing Lee, Cindy F. Yang, Richard D. Romero i David Mumford; Nature
Neuroscience, tom 5, nr 6, s. 589-597; VI/2002.

u

On the Perception of Shape from Shading. D. A. Kleffner i V. S. Ramachandran; Perception

and Psychophysics, tom 52, nr 1, s. 18-36; VII/1992.

Zasady interpretacji Êwiate∏ i cieni, którymi naukowcy

zajmujà si´ dopiero od niedawna, ju˝ przed milionami lat

odkry∏a i wykorzystywa∏a ewolucja.

c

d

z

∏udzenia