Запропоновано механізм формування тактильної ілюзії Вебера • Олена Сухопутова • Новини науки на "Елементи" • Когнітивна наука, Нейробиология

Запропоновано механізм формування тактильної ілюзії Вебера

Мал. 1. Приклади відомих зорових ілюзій. 1 – ілюзія руху на нерухомому малюнку. 2 – спотворення сприйняття кольору (ілюзія з тінню на шахівниці): створюється відчуття, що квадрат A значно темніше квадрата B, в той час як насправді їх відтінок однаковий. 3 – перевертень (фігура Боринга "Дружина або теща?"; См. Edwin Boring): одне і те ж зображення може бути сприйнято мозком як дві абсолютно різні картини. 4 – спотворення сприйняття розміру об'єкта (ілюзія Мюллера-Лайера): в залежності наконечників, від обрамляють однакові лінії, ці лінії здаються коротше або довше. Зображення з сайтів netlore.ru, wordlesstech.com, illuzi.ru, ru.pinterest.com

Ілюзії можуть лякати або заворожувати, особливо коли ми мало знаємо про причини їх виникнення. Вчені-когнитивісти з Лондона детально вивчили основу однієї з тактильних ілюзій, що складається в тому, що відстань між рівновіддаленими точками на шкірі відчувається по-різному в залежності від розташування цих точок на тілі. Їх теорія пояснює цю ілюзію так: мозок оцінює відстань по тактильним відчуттям допомогою підрахунку рецептивних полів, які перетинає відрізок, що з'єднує дві точки дотику.

Робота нашого мозку і органів чуття заточена під навколишнє нас обстановку, під завдання, з якими ми з найбільшою ймовірністю зустрінемося протягом свого життя – наприклад, визначити колір і розмір об'єкта, відстань до нього (тобто оцінити його потенційну користь чи небезпека); скоординувати свої рухи з урахуванням положення всіх наших частин тіла і т. п. З одного боку це забезпечує нам найбільш точне сприйняття дійсності в більшості звичайних для нас ситуацій, з іншого, навпаки, спотворює сприйняття там, де це необхідно (див. Як людина сприймає час, "Популярна механіка" №6, 2014 року).

Наприклад, на рис. 1 приведена Ілюзія з тінню на шахівниці: нам здається, що квадрат A значно темніше квадрата B через "поправки на тінь". У реальному житті ми оцінюємо кольору об'єктів з урахуванням навколишнього їх обстановки, ось і тут наш мозок враховує тінь і підказує нам колір, який вийде, якщо її прибрати. Квадрат B в нашому сприйнятті як би освітлюється, так як його "справжній колір" (без тіні), з точки зору нашого мозку, значно важливіше, ніж колір, який ми безпосередньо бачимо на зображенні.

З третього – спотворення сприйняття при зустрічі з незвичайною ситуацією, не передбаченої нашим мозком і органами почуттів. Так, неприродно швидке миготіння лампочки (не властиве природним об'єктам) залишається для нашого зору непомітним (див. Машинна точність, "Квантіко" №3, 2015).

У двох останніх ситуаціях ми будемо говорити про появу ілюзії. Саме це слово має багато значень, і в деякому сенсі все наше сприйняття світу є ілюзією, однак тут ми будемо говорити про ілюзії як про відмінності в сприйнятті одного і того ж стимулу (дотику, форми, кольору і т. П.) В різних умовах (V.Hayward, 2008. A brief taxonomy of tactile illusions and demonstrations that can be done in a hardware store). Тобто ілюзія – це не просто спотворення сприйняття в порівнянні з реальністю, а зміна відчуттів від стимулу при зміні якихось зовнішніх або внутрішніх умов (без зміни самого стимулу). При цьому, як правило, мова йде про помітних змінах, які призводять наш мозок в замішання і лякають або дивують нас.

Які бувають ілюзії

Деякі ілюзії виникають в результаті відхилень в роботі нервової системи і можуть бути ознаками захворювань або особливих станів організму (див., Наприклад, Жарти природи над вінцем творіння: аномалія, "Популярна механіка" №10, 2011).Інші ж ілюзії, про які ми будемо говорити в цій новині, властиві в більшій чи меншій мірі кожній здоровій людині. Залежно від задіяних в ілюзії органів почуттів їх підрозділяють на зорові, звукові, смакові, тактильні і т. Д. Найбільш просто продемонструвати зорові ілюзії, тим більше в сучасному світі інтернету: нерухомі картинки, що викликають ілюзію руху, стереоіллюзіі, перевертні, спотворення сприйняття кольору або розміру об'єктів відомі всім нам з дитинства (рис. 1).

Різновидів звукових ілюзій значно менше, але і їх можна знайти і випробувати на собі (наприклад, Тон Шепарда). Значна кількість ілюзій виникає за участю кількох почуттів, оскільки наш мозок враховує і об'єднує інформацію, що отримується різним шляхом. Про те, як відбувається ця мультисенсорная інтеграція, см. За інтеграцію слуху і дотику відповідає слух ( "Елементи", 24.10.2005). Існують також смакові ілюзії, засновані, як правило, на інтеграції нюху, зору або слуху зі смаком при відсутності інформації від будь-якої однієї з цих систем (див. Розділ Що наш мозок думає про вино? З книги Боба Холмса "Смак").

Тактильні або відчутні ілюзії теж часто засновані на взаємодії декількох органів почуттів. Наприклад, якщо піднімати два однакових за вагою, але різних за обсягом предмета, то менший з них буде здаватися більш важким. Ще один цікавий приклад – ілюзія гумової руки, коли через деякий час однаковою стимуляції прихованої від очей руки випробуваного і видимої їм гумової руки людина починає відчувати гумову руку як свою власну. У східних по суті експериментах із застосуванням екрану, камер і очок віртуальної реальності можна домогтися просто вражаючих ефектів – наприклад, змусити людину відчувати себе невидимкою, не впізнати себе на фотографії і т. П. (Див. Статтю Тілесні ілюзії: феноменологія, механізми, експериментальні моделі).

Є також ілюзії, однакові для різних органів чуття. Так, наприклад, деякі з зорових ілюзій відчуваються і сліпими людьми при зчитуванні інформації з дисплея Брайля, наприклад показана на рис. 1 ілюзія Мюллера-Лайера. А момент перемикання уваги може на частки секунди створити сліпоту як зорову, так і слухову або тактильну (див. Демонстрацію на ted.com).

тактильні ілюзії

Однак бувають і чисто тактильні ілюзії.Для демонстрації багатьох з них необхідні особливі хитрі установки (див., Наприклад, В мозку лежить онлайнова карта тіла, "Елементи", 26.07.2005). Але є і такі, які ви без особливих труднощів можете випробувати на собі або своїх товаришів. І пам'ятайте, що тактильні ілюзії краще працюють при відсутності інформації від інших органів почуттів: коли ваші очі закриті або коли ви демонструєте той чи інший ефект на іншу людину, а не на себе.

Іноді відчутний предмет може роздвоюватися або, навпаки, два предмета сприйматися як один. Найбільш відомий приклад – ілюзія Аристотеля (рис. 2). Якщо схрестити вказівний і середній палець, а потім водити ними по кінчику носа або катати між ними горошину, то буде відчуватися два носа (дві горошини). Зворотній ілюзія Аристотеля полягає в тому, що цими ж схрещеними пальцями можна торкатися внутрішнього кута чого-небудь – і дві поверхні будуть відчуватися як одна.

Мал. 2. Ілюзія Арістотеля. A – пряма: повинне з'явитися відчуття двох носів; B – зворотна: дві поверхні сприймаються як одна. Ілюстрація зі статті: V. Hayward, 2008. A brief taxonomy of tactile illusions and demonstrations that can be done in a hardware store.

Спотворюватися може положення предметів.Спробуйте самі або попросіть когось скривити губи навскоси: підняти один кут губ вгору і опустити інший вниз, наскільки це виходить, і закрити очі. Тепер торкніться губ вертикально розташованим олівцем або ручкою, і ви відчуєте, ніби цей предмет нахилений в напрямі, протилежному нахилу губ.

Ілюзію так само можуть створювати різні властивості поверхні предметів. Наприклад, якщо на рівній поверхні закріпити три помірно липкі смужки невеликої товщини, як показано на рис. 3 (підійдуть клейкі частини стікерів або не дуже новий скотч), то в разі А ваш палець відчує жолобок посередині, а в разі В – піднесення, хребет. При цьому поверхня насправді рівна – у всякому разі, значно рівніше, ніж те, що відчуває палець, коли ви їм керуєте уздовж смужок. Подібний ефект жолобка можна отримати без клею, якщо зібрати конструкцію, в якій центральна смужка буде вільно їздити щодо двох крайніх.

Мал. 3. A, B – ілюзія жолоби і хребта. сірим зафарбовані смужки липкою стороною вгору, а білим – липкою стороною вниз. C – ілюзія гребінця ( "comb illusion"). стрілками показаний характер руху пальця (A, B) Або олівця (C) Для створення ілюзії. Ілюстрації зі статті: V. Hayward, 2008. A brief taxonomy of tactile illusions and demonstrations that can be done in a hardware store

А тепер візьміть в руки гребінець з гнучкими зубчиками, як показано на рис. 3, і проведіть по ньому олівцем або ручкою. При рівномірному розподілі стимулів створюється відчуття, що стимул тільки один і він переміщається. В даному випадку замість почергового дотику кожного з зубчиків, ми відчуваємо, як по пальцю слідом за рухом олівця біжить одна єдина точка: ніби по пальцю чимось провели. Цей ефект використовується для створення зображень на дисплеях приладів для сліпих (щось подібне дисплею Брайля).

Ще одна тактильна ілюзія пов'язана з нездатністю наосліп відрізнити дотик до внутрішнього згину ліктя від такого ж дотику на інших ділянках передпліччя. Для неї потрібно дві людини. Попросіть свого партнера покласти руку на стіл або на коліна долонею вгору і закрити очі. Його завдання буде сказати "стоп" в той момент, коли ви торкнетеся внутрішнього згину його ліктя, тільки не торкайтеся його заздалегідь. А тепер акуратно (ніжно) покрокував своїми пальцями по його шкірі від зап'ястя до ліктьового згину, і не поспішайте. Без спеціального тренування більшість людей говорять "стоп" зовсім нема на точці згину, спробуйте це на собі.До речі, на гомілки це теж працює.

Ще одна вражаюча ілюзія, для якої теж потрібні дві людини, має назву "ілюзія Піноккіо". Сядьте на стілець за своїм товаришем, особою до його спини, і покладіть одну руку собі на ніс, а другу – йому на ніс (рис. 4). Закрийте очі і потріть обидва носа синхронно вгору-вниз. Через деякий час ви відчуєте, ніби ваш ніс дуже довгий.

Мал. 4. "Ілюзія Піноккіо". Зображення з сайту netlore.ru

Інший тип тактильної ілюзії пов'язаний з неправильним сприйняттям місця дотику. Наприклад, два одночасно пульсуючих сигналу, прикладених на деякій відстані один від одного, відчуваються як один приблизно на середині між двома фактичними. Коли двох точок стосуються по черзі, то чим швидше були дотику і чим менше між ними проміжок часу, тим сильніше ці точки зблизяться (Тау ефект; см. Tau effect). А якщо спочатку кілька разів швидко доторкнутися в одній точці, а потім без паузи кілька разів в інший, з'явиться ефект пробіг від першої точки до другої "шкірного кролика" (Cutaneous rabbit illusion). Найчастіше цю ілюзію демонструють на передпліччі, торкаючись спочатку зап'ястя, а потім ліктьового згину,послідовні стимули як би розподіляються по простору між цими точками і створюють відчуття, що кожен наступний стимул був трохи ближче до ліктьового згину, ніж попередній. Якщо призвичаїтися, то ці ілюзії можна продемонструвати на своїх товаришів, швидко торкаючись їх шкіри пальцем або тупим боком олівця.

Мінливі бувають і уявлення нашого тіла про відстань між двома точками дотику. По-перше, як правило, будь-які оцінки відстані між ними в середньому виявляються применшеними (B. G. Green, 1982. The perception of distance and location for dual tactile pressures). По-друге, суб'єктивне відчуття розмірів і відстаней залежить від рівня чутливості тієї ділянки шкіри, до якого ми торкаємося. Наприклад, мови розмір кільця здасться значно більше, ніж долоні і тим більше передпліччя. Ще одна вражаюча особливість полягає в тому, що відстань між двома точками, до яких ми одночасно торкаємося, в середньому здається більше, якщо відрізок орієнтований поперек руки або ноги, і менше, якщо він орієнтований уздовж кінцівки. Ці ілюзії звуться ілюзій Вебера.

Піксельна модель поверхні тіла

Для пояснення всіх цих спотворень сприйняття відстані Федеріко Фіорі (Federico Fiori) і Метью Лонго (Matthew Longo) з Королівського коледжу Лондона і Лондонського університету Біркбек висунули свою теорію – піксельну модель поверхні власного тіла. У ролі пікселів виступають так звані рецептивні поля. Ці поля є ділянки шкіри, всіяні рецепторами від однієї нервової клітини, нейрона. На більш чутливих ділянках тіла ці поля дрібніше (наприклад, близько 10 мм2 на пальцях) і їх більше, а на менш чутливих ділянках поля крупніше, але їх менше. Крім того, ці поля мають овальну форму і витягнуті уздовж кінцівок. У піксельної моделі відстань між двома точками оцінюється нашим мозком за кількістю рецептивних полів, що лежать на лінії, що з'єднує ці дві точки. Така теорія пояснила б різне сприйняття розмірів на різних по чутливості ділянках шкіри, а також відмінності, що виникають в результаті різної орієнтації лінії, що з'єднує стимули.

Для перевірки цієї моделі дослідникам необхідно було простежити зміну суб'єктивного відчуття відстані між двома стимулами при різних нахилах з'єднує їх прямий.Уявіть собі поле, засіяне однаково орієнтованими рівними овальними "пікселями" одного розміру, і проведіть на цьому полі безліч відрізків однієї довжини, але різної орієнтації. Якщо порахувати, скільки "пікселів" перетинає кожен з відрізків, то ми виявимо, що максимальна кількість пікселів потрапить під наш відрізок тільки при одній певній його орієнтації, то ж відбувається і з мінімальною кількістю "пікселів". При поверненні нашого відрізка від положення мінімуму до положення максимуму, які, до речі, перпендикулярні один одному, ми побачимо поступове збільшення числа перетинаються "пікселів". Тому дана модель вимагає, щоб зміна суб'єктивної оцінки відстані (числа перетинаються "пікселів") відбувалося плавно, був тільки один максимум і один мінімум: залежність відчувається відстані від кута нахилу описувалася синусоїдою.

Пензлі й лоби 100 добровольців (по 25 в кожному експерименті) були однаково розмічені пересічними в центрі 8 лініями з різним нахилом, з кроком в 22,5 ° (рис. 5).

Мал. 5. A – розташування ліній під різним кутом по відношенню до умовно обраної поперечної лінії (0 °). B – залежність спотворення сприйняття відстані між точками (оцінка випробуваного, поділена на реальний розмір) від кута нахилу. Зеленої вертикальної прямої відзначений максимум. Ілюстрація з обговорюваної статті в PNAS

У першому експерименті до тильної сторони лівої долоні одночасно торкалися в двох точках, що лежать на обраної лінії, і просили випробовуваних з закритими очима оцінити відстань між цими точками в сантиметрах. Реальні відстані були 2, 2,5, 3, 3,5 або 4 см.

Дослідники звернули увагу на те, що найбільша відстань щодо реального відчувається не на строго поперечної лінії, а з невеликим нахилом (в середньому 15 °) за годинниковою стрілкою – від основи великого пальця до основи мізинця.

У другому експерименті аналогічна процедура була пророблена з лівою долонею. Цікаво, що усереднені лінії "максимальної довжини" або лінії витягнення на обох сторонах кисті розташовані однаково (рис. 6).

Мал. 6. Нахил, при якому відчувається відстань між двома точками найбільше щодо реального. C – на тильній стороні, зеленими лініями показана лінія витягнення кожного з випробуваних. D – на долоні, червоним показані лінії витягнення кожного з випробуваних. чорні лінії показують усереднену лінію витягнення за всіма даними. Ілюстрація з обговорюваної статті в PNAS

Крім того, в зв'язку з більшою чутливістю долоні в порівнянні з її тильною стороною і в повній відповідності з теорією авторів статті, крива залежності відчувається відстані від кута нахилу для долоні більш полога, ніж для тильної сторони кисті (рис. 7 зліва).

Мал. 7. зліва – залежність спотворення сприйняття відстані між точками (оцінка випробуваного, поділена на реальний розмір) від кута нахилу в 2-му експерименті. зелений графік – для тильної сторони кисті, червоний – для долоні. справа – залежність спотворення сприйняття відстані від кута нахилу в 3-м експерименті. зелений графік – для руки в нормальному положенні, червоний – повернутому на 90 °. вертикальні лінії відзначають максимуми графіків, кут нахилу лінії витягнення. Ілюстрація з обговорюваної статті в PNAS

У третьому експерименті вчені порівняли оцінки відстані на тильній долоні в нормальному положенні і в розгорнутому на 90 ° за годинниковою стрілкою, тобто коли пальці лівої руки дивляться строго вправо. Зробили це для того, щоб оцінити можливість отримання інформації будь-яким іншим шляхом,крім власне виміру відстані на поверхні шкіри, наприклад оцінки положення двох точок щодо голови або тіла. За результатами і синусоїдальна крива, і нахил лінії витягнення збереглися. Однак криві залежності зовсім не ідентичні, що говорить про трохи зміниться сприйняття руки при її повороті (рис. 7 праворуч).

Четвертий експеримент був покликаний оцінити, чи застосовна піксельна модель для будь-яких інших частин тіла. Був обраний лоб, на ньому зробили розмітку і досліди, аналогічні першому експерименту для кисті. Результати виявилися подібними: є одна лінія витягнення, по якій відрізки сприймаються найдовшими і при повороті щодо якої відчувається довжина поступово зменшується і досягає мінімуму при перпендикулярному щодо лінії витягнення положенні (рис. 8). До речі, ця лінія не виявилася строго горизонтальної, вона повернута приблизно на 4 ° проти годинникової стрілки (для дослідника).

Мал. 8. зліва – залежність спотворення сприйняття відстані між точками (оцінка випробуваного, поділена на реальний розмір) від кута нахилу в 4-му експерименті. справа – положення ліній витягнення. Позначення ті ж, що і на попередніх малюнках. Ілюстрація з обговорюваної статті в PNAS

Дослідникам вдалося показати, що зміна суб'єктивного відчуття відстані між двома точками на шкірі не просто залежить від положення цих точок, але прекрасно описується піксельної моделлю на основі знань про будову рецептивних полів нашої шкіри.

джерело: Federico Fiori and Matthew R. Longo. Tactile distance illusions reflect a coherent stretch of tactile space. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018. 201715123.

Олена Сухопутова


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: