این یک توهم تصویری کلاسیک است: دو نقطه خاکستری روی یک پس زمینه ظاهر می شود که شامل یک شیب رنگی از خاکستری روشن تا سیاه است. اگرچه این دو نقطه با هم یکسان هستند، اما بر اساس مکانی که در پس زمینه قرار می گیرند، بسیار متفاوت به نظر می رسند.
دانشمندانی که مغز را مطالعه می کنند بیش از 100 سال تلاش کرده اند مکانیسم این توهم معروف به کنتراست روشنایی همزمان را کشف کنند. یک مطالعه توسط MIT اکنون نشان می دهد که این پدیده متکی به برآورد روشنایی است که قبل از رسیدن اطلاعات بصری به قشر بینایی مغز، احتمالاً درون شبکیه انجام می شود.
پاوان سینا، استاد بینایی و علوم اعصاب محاسباتی در گروه مغز و علوم شناختی MIT اظهار می کند: “همه نتایج آزمایشات ما نشان می دهند که این یک پدیده سطح پایین است.” “نتایج به پاسخ به این سؤال در مورد سازوکار اساسی در این فرایند یعنی تخمین میزان روشنایی، که اساس بسیاری از انواع تحلیل های دیگر بصری است، کمک می کند.”
محققان به عنوان بخشی از تحقیقات خود، کودکان نابینا را در هند مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که آنها تقریباً بلافاصله پس از شروع بینایی بعد از عمل، مستعد ابتلا به این توهم هستند و شواهد بیشتری ارائه می دهند که تخمین روشنایی احتمالاً بر اساس یک مدار عصبی ساده است که نیاز به تجربیات بصری قبلی دارد.
تخمین روشنایی
وقتی به یک تصویر نگاه می کنیم، مغز ما در هر مکان از تصویر، روشنایی خاصی را درک می کند. “با کمال تعجب، درک روشنایی ما همیشه با میزان نور ناشی از مناطق تصویر متناسب نیست. در عوض، درک ما محصول رنگ واقعی جسم و میزان نوری است که بر روی آن می درخشد.”
برخی دانشمندان، از جمله فیزیکدان آلمانی، پیشگام اولیه مطالعات بینایی، اظهار داشتند که تخمین میزان روشنایی یک فرایند “سطح بالا” است. یعنی مغز میزان روشنایی را براساس درک سطح بالا از شرایط روشنایی، شکل ها و سایه هایی در محیطی که می بیند تخمین می زند.
بسیاری از تسک های تصویری، مانند شناسایی چهره ها یا اشیاء، به تجربیات یا انتظارات قبلی ما در مورد آنچه می بینیم متکی هستند. با این حال، آزمایشاتی که سینا و همکارانش در این مطالعه انجام داده اند نشان می دهد که در صورت برآورد روشنایی، پردازش سطح بالا نقش مهمی ندارد.
محققان در اولین آزمایش خود تصویری از یک مکعب را ایجاد کردند که به نظر می رسد از سمت آن روشن شده است و یک چهره کمی روشن تر از دیگری ظاهر می شود. در واقعیت، با استفاده از یک ترفند هوشمندانه ای که نقاشان سرامیکی چینی بیش از 800 سال قبل از آن با خبر بودند، سمتی که روشن تر به نظر می رسید، درخشندگی کمتری نسبت به سمتی دارد که تاریک تر به نظر می رسد. در این نمایشگر محققان دریافتند که وقتی نقاط خاکستری یکسان روی دو طرف مکعب قرار می گیرند، نقطه ای که روی سمتی قرار داشت که به نظر می رسید در سایه است، واقعاً تاریک تر از یک نقطه یکسان قرار داده شده روی سمتی است که نور بیشتری دریافت می کند.
Sinha: “این برعکس آنچه در نمایشگرهای کنتراست همزمان استاندارد رخ می دهد، می باشد که در آن نقطه ای در زمینه تاریک روشن تر از یک نقطه روی یک پس زمینه روشن است.” “این نتیجه برخلاف این عقیده است که تجزیه و تحلیل سطح بالا از شرایط روشنایی به برآورد روشنایی کمک می کند.”
مجموعه دوم آزمایشات برای بومی سازی فرایندهای برآورد روشنایی طراحی شده است. براساس این واقعیت، نمای یکپارچه از دنیای ما، که با ادغام تصاویر از دو چشم ساخته شده است، با از بین رفتن تقریباً کامل اطلاعات “چشم مبدا” همراه است. ما نمی دانیم تصاویر اصلی چه بوده و از کدام چشم دیده شده اند. ما فقط از منظره ادغام شده آگاه هستیم. با این حال، با استفاده از تصاویر ویژه و عینک استریو، محققان دریافتند که تخمین روشنایی لازم نیست صبر کند تا اطلاعات از دو چشم ادغام شود. قبلاً در آن نقطه اتفاق افتاده بوده است.
این یافته نشان می دهد که تخمین میزان روشنایی خیلی زود انجام می شود، قبل از اینکه اطلاعات از هر چشم در یک جریان تصویری جمع شود. این ترکیب در قسمتی از قشر مغز به نام V1 (به این دلیل نامگذاری می شود زیرا اولین مرحله پردازش بینایی در قشر مغز است) رخ می دهد. محققان فرض می کنند محاسبات روشنایی قابل توجهی به احتمال زیاد در شبکیه اتفاق می افتد.
Sinha می گوید: “پیامد نتایج حاصل از دو مجموعه اول مطالعات این بود که اگر تخمین میزان روشنایی واقعا یک فرایند سطح پایین باشد، و مدار در همان اوایل شبکیه قرار دارد، ممکن است این یک موضوع ذاتی باشد.” “این چیزی است که سیستم تصویری درست از بدو تولد آماده انجام آن است.”
“یک مکانیسم ذاتی”
محققان توانستند با مطالعه کودکان نابینایی که اخیراً بینایی آن ها ترمیم شده بود، این فرضیه را کشف کنند. Sinha مطالعه ای را در هند به نام Project Prakash انجام می دهد، که ماموریت آن معالجه کودکانی است که از انواع کوری قابل پیشگیری مانند آب مروارید مادرزادی رنج می برند. بسیاری از کودکان تحت درمان در ادامه تحصیل در مطالعات علمی توسعه بینایی شرکت می کنند.
در مثال دوم از کنتراست روشنایی همزمان، دو مکعب نسبتاً مشابه روی هم قرار گرفته اند، اما نقاط یکسان قرار داده شده بر روی آنها تأثیرات متفاوتی به وجود می آورند. مکعب فوقانی باعث می شود که نقطه سمت راست روشن تر به نظر برسد، در حالی که قسمت پایین باعث می شود که نقطه سمت چپ روشن تر به نظر برسد.
در یک مطالعه در سال 2015، محققان نشان دادند که کودکانی که به تازگی بینایی خود را به دست آورده اند، نیز بلافاصله مستعد دو توهم تصویری دیگر هستند، معروف به توهمات مولر-لایر و پونزو، که شامل قضاوت طول خطوط بر اساس نشانه های بصری است.
بسیاری از پدیده هایی که در آن ها ما خیلی سریع به فرآیندهای استنباطی سطح بالا می پردازیم ممکن است در بعضی از مکانیسمهای مدار بسیار ساده مغز که بطور ذاتی در دسترس هستند، فوراً مورد بررسی قرار گیرند. “این نتایج به تلاش برای درک چگونگی کارآیی سیستم های عصبی ما برای حل چالش پیچیده درک دنیای اطراف کمک می کند.”
برای اطلاعات بیشتر به موسسه سلامت مغز دانا مراجعه کنید.
منبع:
“Mechanisms underlying simultaneous brightness contrast: Early and innate”. by Pawan Sinha et al.
Vision Research
درباره نویسنده
دکتر علی محمد کمالی فارغ التحصیل دکترای تخصصی علوم اعصاب از دانشگاه علوم پزشکی شیراز، بیش از 15 سال است که در زمینه پژوهش، تدریس و فعالیت های اجرایی در حوزه علوم اعصاب فعالیت و تجربه دارد. وی همچنین در ارتقا عملکرد های شناختی با استفاده از نوروتکنولوژی و مطالعات خواب تخصص ویژه ای دارد. او یکی از بنیانگذاران انستیتو سلامت مغز دانا است، (گروهی که سلامت مغز را اولویت جامعه می داند).
دکتر کمالی بیش از 50 مقاله پژوهشی (h-index 13) در مجلات معتبر علمی به چاپ رسانده و در حال حاضر مدیر عامل انستیتو سلامت مغز دانا است. بعلاوه به عنوان پژوهشگر ارشد واحد مغز، شناخت و رفتار دپارتمان علوم اعصاب دانشگاه علوم پزشکی شیراز مشغول فعالیت می باشد. می توانید پژوهش او را در Google Scholar دنبال کنید.
دکتر کمالی علاوه بر تخصص در زمینه علوم اعصاب، سال ها است که به عنوان مدیر اجرایی مجله علوم پزشکی پیشرفته و فناوری های کاربردی (JAMSAT) مشغول به فعالیت است. همچنین به عنوان دبیر اجرایی انجمن علوم اعصاب ایران شاخه فارس فعالیت می کند.