InfoNu.nl > Wetenschap > Diversen > Optische illusies

Optische illusies

Optische illusies De wereld zoals wij die waarnemen is slechts een afspiegeling van de daadwerkelijke omgeving. Die afspiegeling is niet altijd even accuraat. Dit merken we als ons gezichtsvermogen door ouderdom achteruitgaat, maar ook als we een zogenoemde "optische illusie" waarnemen. Bij optische illusies blijkt dat wat je op het eerste gezicht meent waar te nemen bij nader inzien niet te kloppen. Ofwel, je ogen lijken je voor de gek te houden.

Hoe ontstaan optische illusies?

In de praktijk is het simpel: je doet je ogen open en ziet. Aan het gezichtszintuig ligt echter een ingewikkeld mechanisme ten grondslag. De omgevingsstimuli die je ogen bereiken ondergaan allerlei verwerkingsstappen in de hersenen voordat de uiteindelijke perceptie ervan tot stand komt. Deze verwerkingsstappen zorgen ervoor dat wat je ziet niet exact hetzelfde is als wat er daadwerkelijk is, maar hebben als doel de visie op een nuttige en effectieve wijze te doen plaatsvinden. Doordat de visuele signalen aan manipulatie onderhevig zijn, bestaan er situaties waarin er een conflict ontstaat tussen wat je ziet en wat je eigenlijk zou moeten zien. We spreken dan van optische illusies. Alvorens enkele bekende voorbeelden van optische illusies en de onderliggende oorzaak worden besproken, volgt hier eerst een overzicht van de diverse processen die visuele signalen ondergaan voordat de waarneming ervan plaatsvindt. Met deze achtergrondkennis kan de ontstaanswijze van optische illusies worden begrepen.

<I>Figuur 1: de projectie van een voorwerp op de retina</I> / Bron: Ojosepa (bewerking) / Wikimedia CommonsFiguur 1: de projectie van een voorwerp op de retina / Bron: Ojosepa (bewerking) / Wikimedia Commons
Van omgeving tot oog
Waarneming van de omgeving vindt plaats doordat weerkaatst licht onze ogen bereikt. Lichtstralen die afkomstig zijn van de zon of van een lamp raken voorwerpen, waarna zij in een bepaalde mate - afhankelijk van de lichtabsorberende eigenschappen van het voorwerp - in alle richtingen worden weerkaatst. Deze divergente (uitwaaierende) lichtbundel vanuit een punt in de ruimte wordt door de ooglens omgezet in een convergente (versmallende) bundel, zó dat de lichtstralen weer op één punt samenkomen op de retina (de "achterwand" van de oogbol). Diverse punten van een voorwerp resulteren zo in een omgekeerde projectie, zoals in figuur 1 is geïllusteerd. Uit de hoek, golflengte en de intensiteit waarmee de lichtstralen het oog binnenkomen, worden respectievelijk de positie, de kleur en de felheid van het waargenomen punt afgeleid.

Van retina tot visuele schors

In de retina bevinden zich talloze lichtreceptoren die visuele informatie doorschakelen naar de hersenen. Als echter iedere afzonderlijke receptor individueel naar de visuele hersenschors zou seinen, zouden de hersenen overspoeld worden met informatie. Je zou dan zogezegd "door de bomen het bos niet meer kunnen zien". Om die reden zijn er enkele tussenstations waarin filtering van informatie plaatsvindt, zodat het essentiële resteert. Neem als voorbeeld de waarneming van een schaakbord. Dit zou kunnen plaatsvinden door middel van de perceptie van ieder afzonderlijk puntje, maar er bestaat een manier die veel effectiever is. De lichtreceptoren signaleren een contrastverschil bij iedere overgang tussen zwart en wit. Deze informatie wordt doorgestuurd naar de hersenen. Doordat tussen het raamwerk van contrastverschillen er géén verandering van contrast is, kunnen de vakken met behulp van "logica" worden ingevuld als zijnde zwart of wit. Ook bij vele andere aspecten van de visuele omgeving blijken de hersenen "aan een half woord voldoende te hebben": met logica en het geheugen kan een beperkt aantal signalen vanuit de ogen worden aangevuld tot een volledig beeld.

<I>Figuur 2: doorschakeling van visuele signalen naar de visuele schors</I> / Bron: Henry Vandyke Carter / Wikimedia CommonsFiguur 2: doorschakeling van visuele signalen naar de visuele schors / Bron: Henry Vandyke Carter / Wikimedia Commons
Signalen vanuit de rechterhelften van beide oogbollen worden doorgeschakeld naar de linker hersenhelft, terwijl de visus aan de linkerzijde van beide ogen verwerkt wordt door de rechter hersenhelft. Eenzelfde punt wordt met een klein hoekverschil tussen beide ogen waargenomen. Dit maakt dieptewaarneming mogelijk. In iedere hersenhelft vindt een reconstructie plaats van het beeld dat op de retina gevormd is. Daarnaast zijn er nog hersengebiedjes die zich met specifieke eigenschappen van de waargenomen omgeving bezighouden, zoals de oriëntatie en de lengte van contouren. Dit maakt het mogelijk om geometrische vormen te herkennen: zien we een contour met segmenten die een gelijke lengte hebben en onderling hoeken van 90 graden maken, dan weten we dat we te maken hebben met een vierkant.

"Zien" is dus niet simpelweg een kwestie van een fotografische afdruk te maken van de omgeving. Visuele informatie is onderhevig aan manipulatie en interpretatie, iets wat wellicht vreemd zal voorkomen gezien het feit dat deze processen geheel onbewust plaatsvinden. Dit maakt optische illusies dan ook een waardevol instrument voor de wetenschap, aangezien het opmerken van gezichtsbedrog ons er wél van bewust maakt. Maar wetenschappers zijn zeker niet de enigen voor wie optische illusies erg interessant zijn.

Bekende optische illusies

Hier zullen enkele voorbeelden van optische illusies gegeven worden, evenals de theorie over het achterliggende mechanisme: waarom zien we het verkeerd?

<I>Figuur 3: de schaduwillusie (klik om te vergroten!)</I> / Bron: Edward H. Adelson / Wikimedia CommonsFiguur 3: de schaduwillusie (klik om te vergroten!) / Bron: Edward H. Adelson / Wikimedia Commons
Grijstint
In figuur 3 is een schaakbord afgebeeld waar een schaduw op geworpen wordt. Wanneer men kijkt naar de vakjes A en B, lijkt het alsof A donkerder van kleur is dan B. Echter, ze hebben precies dezelfde kleurtint!

Hoe kan het dat de kleuren van A en B zozeer van elkaar lijken af te wijken? De reden hiervoor is een misleidend effect van de wijze waarop contrastwaarneming plaatsvindt. Zoals eerder werd beschreven, worden van zwarte en witte vlakken van een schaakbord alleen de kleurovergangen waargenomen; de inhoud van de vakken wordt op basis van logica ingevuld. Vlakken die geen contrastverschil bevatten, worden niet waargenomen, als gevolg van laterale inhibitie. De activiteit van sterk verlichte receptoren, die het witte vlak waarnemen, is onderhevig aan sterke remming van omringende, sterk verlichte receptoren. Voor zwarte vlakken geldt dat de zwakke activiteit zwak wordt geremd door omringende, zwak verlichte receptoren. Beide resulteren in eenzelfde "rustniveau" van activiteit. Wat gebeurt er dan op de grensovergang? Sterk verlichte receptoren voeren een sterke remming uit op zwak verlichte receptoren, waardoor er een lagere activiteit ontstaat dan elders (dus lager dan het rustniveau). Voor de andere zijde van de grensovergang geldt dat zwak verlichte receptoren een zwakke remming uitvoeren op de activiteit van sterk verlichte receptoren. Hierdoor blijft de activiteit hoger dan het rustniveau. Er ontstaat een scherpe overgang in receptoractiviteit, wat door de hersenen kan worden waargenomen.

Hoe verklaart dit de optische illusie van figuur 3? Bij vlak A is er sprake van sterke remming als gevolg van de lichtere tint van de omringende vakjes. Doordat de activiteit van de receptoren die de kleur van A waarnemen sterk wordt verlaagd, wordt de kleur donkerder waargenomen dan hij in feite is. Bij vlak B zorgen de omringende vlakken, die donkerder van kleur zijn, voor een zwakke remming ter plaatse van de grensovergang. Doordat er bij de waarneming van A een sterkere remming plaatsvindt dan voor de waarneming van B, lijkt A donkerder te zijn dan B, terwijl ze in feite dezelfde kleur hebben.

Het waarnemen van contrastverschillen blijkt nuttiger te zijn dan het precies kunnen vaststellen van kleurtinten. Ondanks veranderende belichting, zoals de schaduw in figuur 3, kunnen we nog steeds het zwart-wit patroon onderscheiden en het bord herkennen als zijnde een schaakbord. Wie echter maar lang genoeg kijkt zal de vlakken A en B in isolatie van hun omgeving kunnen zien, en ontdekken dat de kleur inderdaad identiek is.

<I>Figuur 5: de Poggendorf illusie</I>Figuur 5: de Poggendorf illusie
Kromming
In figuur 5 zijn twee schuine lijnsegmenten getekend. Wanneer de rechter lijn zou doortrekken naar links, lijkt het alsof deze boven het linkersegment zou uitkomen. Het blijkt echter dat de segmenten deel uitmaken van één doorlopende, rechte lijn. Wat is de oorzaak van deze optische illusie?

Hier is er sprake van een misleiding als gevolg van de verwerking van visuele informatie door hersengebiedjes die oriëntatiespecifiek zijn. De perceptie van oriëntatie vindt als volgt plaats. Stel dat je lijn waarneemt met een hoek van 10 graden ten opzichte van de verticaal. Je hersenen zullen deze oriëntatie schatten in een klein interval rondom die 10 graden. De neuronen die horen bij dit interval zullen een verhoogde activiteit vertonen, terwijl de omliggende waarden sterk worden onderdrukt (ofwel, de hersenen signaleren: we hebben te maken met een oriëntatie van ongeveer 10 graden, en niet meer of minder). Stel nu dat er een extra lijn bij aanwezig is, die raakt aan de eerste lijn onder een hoek van 20 graden. Ook hier zal er een schatting plaatsvinden door de oriëntatiespecifieke hersengebiedjes. Echter, de eerst genoemde lijn voert een onderdrukkend effect uit op de waarden die buiten het bijbehorende interval liggen.

Dit remmende effect zwakt af naarmate de oriëntatie verder afwijkt van de geschatte 10 graden. Doordat voor de tweede lijn de schatting van 20 graden en daaronder sterker wordt onderdrukt dan de waarden hoger dan 20, verschuift het interval voor de tweede lijn naar hogere waarden. Het omgekeerde is ook van toepassing: de onderdrukking van de waarden buiten het schattingsinterval voor de tweede lijn leidt tot een onderschatting van de oriëntatie van de eerste lijn. Dit heeft als resultaat dat de hoek tussen beide lijnen groter wordt ingeschat dan deze werkelijk is.

Als deze kennis op figuur 5 wordt toegepast, is te beredeneren dat de hoek tussen de verticaal en de schuine lijn wordt overschat. De schatting van oriëntatie van een verticale lijn blijkt vrij robuust te zijn, waardoor alleen de schuine lijn een afwijkende oriëntatie zal krijgen. Als resultaat wordt de helling als minder stijl geschat. Hierdoor leidt denkbeeldige verlenging van de lijnen ertoe dat zij elkaar passeren.

De maanillusie

Het is een magistraal gezicht: de maan aan de horizon. Plotseling lijkt het hemellichaam reusachtig te zijn. In werkelijkheid is hij dan nog net zo klein als wanneer hij hoog in de hemel zichtbaar is. Hoe kan een mens zich zo sterk vergissen in het schatten van de omvang?
<I>Figuur 6: een wolkendek</I> / Bron: Steppinstars / PixabayFiguur 6: een wolkendek / Bron: Steppinstars / Pixabay
De maanillusie kan verklaard worden aan de hand van het verschijnsel dat in figuur 6 zichtbaar is: wolken die zich recht boven ons bevinden zijn dichterbij dan de wolken die we nabij de horizon kunnen waarnemen. Als gevolg hiervan zijn de wolken kleiner naarmate ze verder weg zijn. Omdat we gewend zijn dat alles in onze omgeving onderhevig is aan perspectief, passen we deze wet ook toe op de maan. In feite bevindt de maan zich zó ver van de aarde af, dat de waargenomen grootte niet zou moeten veranderen in zijn baan om de aarde. Echter, als de maan laag aan de hemel staat en er referentiepunten aanwezig zijn, zoals gebouwen of bomen, hebben we een indicatie van de afstand. Het feit dat de projectie van de maan op de retina nog dezelfde grootte heeft terwijl, voor het gevoel, de afstand groter is, leidt tot de indruk dat de omvang van de maan groter is als hij laag aan de horizon staat. De illusie verdwijnt als je de maan "verstopt" achter een erwtje: de nieuwe referentie laat zien dat de maan nog even klein is als altijd. Het moge duidelijk zijn: soms kun je je ogen niet geloven!
© 2010 - 2017 Teez, het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Gezichtsbedrog, in al zijn facettenGezichtsbedrog, in al zijn facettenSoms houden onze ogen ons voor de gek en zien we dingen die er in werkelijkheid niet zijn of we zien ze anders dan dat z…
Over illusies, hallucinaties en de monsters in je hoofdOver illusies, hallucinaties en de monsters in je hoofdDe termen hallucinatie en illusie worden vaak door elkaar gebruikt terwijl het twee verschillende fenomenen zijn. Bij ee…
Alles is illusieAlles is illusieOnze samenlevingen zit vol overtuigingen die eigenlijk illusies zijn. De meeste mensen werken er hard aan om de illusie…
Kaarttrucs: een introductieKaarttrucs: een introductieJe ziet ze vaak op verjaardagsfeesten, bruiloften en nog veel meer gelegenheden waar veel mensen komen: Illusionisten. O…
Optische illusies met kinderenOptische illusies met kinderenAls je geld wilt vermeerderen, zijn daar een aantal heel gewone methoden voor, zoals sparen en beleggen. Daarnaast is er…
Bronnen en referenties

Reageer op het artikel "Optische illusies"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Infoteur: Teez
Laatste update: 02-11-2011
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Diversen
Bronnen en referenties: 8
Schrijf mee!