Spiegazione alternativa: è un portale per l’Ade. Beh, non si sa mai. Guarda l’immagine sopra. Sembra che tu stia cadendo dentro, vero? Come se l’oscurità si stesse avvicinando, minacciando di sopraffarti se fissi troppo a lungo. Perché succede? Un nuovo studio ha una spiegazione – e tutto si riduce a come le singole cellule nei nostri occhi interagiscono tra loro.
L’illusione del buco che si espande è un classico del genere delle illusioni ottiche: “L’illusione del buco che si espande sfida le visioni tradizionali della percezione del movimento dimostrando come le immagini statiche possano evocare forti sensazioni di movimento,” spiega il documento, attualmente disponibile come preprint e quindi non ancora sottoposto a revisione paritaria. È un trucco abbastanza potente da suscitare persino risposte fisiche: fissa questo buco che sembra espandersi e le tue pupille si dilateranno effettivamente come se dovessero affrontare l’aumento dell’oscurità.
Ma cosa succede dentro i nostri occhi e il nostro cervello per causare tutto questo? La chiave sembra essere in come funzionano i nostri occhi a un livello molto basilare, riportano gli autori. “Attraverso una combinazione di esperimenti psicofisici precedentemente riportati e il nostro lavoro nella modellazione bio-derivata, abbiamo dimostrato che questa illusione probabilmente deriva da interazioni laterali dipendenti dal contrasto nelle aree visive primarie,” scrivono.
Per capire cosa significa, dobbiamo spiegare come i nostri occhi capiscono cosa stiamo vedendo. In particolare, stiamo parlando delle cellule gangliari retiniche, o RGC – neuroni che si trovano vicino alla superficie interna della retina e sono responsabili dell’invio di stimoli visivi al cervello. Ora, queste cellule non si attivano tutte allo stesso modo: “le cellule gangliari retiniche hanno campi recettivi che hanno un’organizzazione molto basilare, che assomiglia a due cerchi concentrici,” spiega l’Introduzione alla Sensazione e Percezione dell’Università del Minnesota. “Questa struttura del campo recettivo concentrico è solitamente conosciuta come organizzazione centro-periferia.”
Quindi, in base a dove uno stimolo visivo si trova davanti ai tuoi occhi – dove cade in questi due cerchi concentrici – diverse RGC risponderanno. E lo fanno in modi specifici: “Le cellule gangliari retiniche on-center rispondono a macchie di luce circondate da sfondi scuri come una stella in un cielo scuro,” spiega il libro, mentre “le cellule gangliari retiniche off-center rispondono a macchie scure circondate da sfondi chiari come una mosca in un cielo luminoso.” Tuttavia, “se la luce cade su tutto il campo recettivo, e non solo sul centro, la cellula non aumenterà la sua frequenza di scarica sopra il livello di base,” aggiunge.
Tutto ciò si traduce nel fatto che le nostre RGC sono costantemente alla ricerca – senza gioco di parole – dei bordi delle cose. In effetti, sono così intenzionate a trovare dove gli stimoli visivi iniziano e finiscono nel mondo che fanno anche qualcosa chiamato “inibizione laterale” – un processo in cui una volta che una cellula nota che c’è qualcosa per cui inviare un segnale, invierà anche un messaggio alle cellule circostanti, dicendo loro di calmarsi per un po’.
Il bordo dell’oscurità. Questo è dove entra in gioco l’illusione del buco che si espande. Guarda l’immagine (se riesci a sopportarla) e noterai immediatamente che, beh, non ci sono molti bordi netti, vero? Quindi come fanno le nostre RGC a capirla? Beh, a quanto pare, c’è un modo piuttosto ingegnoso per capirlo – ed è sorprendentemente simile al modo in cui hai fatto risaltare i tuoi progetti artistici delle scuole medie.
“Applicare un filtro gaussiano a un’immagine crea una versione liscia o sfocata di essa,” nota il documento. “Il filtro Differenza di Gaussiane (DoG) è un approccio computazionale ampiamente utilizzato per imitare le proprietà del campo recettivo delle cellule gangliari retiniche,” spiega. “L’output della Differenza di Gaussiane (DoG) si ottiene sottraendo due versioni diversamente sfocate della stessa immagine, funzionando effettivamente come un filtro passa-banda.”
In altre parole… beh, conosci quelle immagini a cui è applicato un filtro per mostrare “come il tuo cane vede il mondo” o “come vedono le persone daltoniche”? Questo effetto è un po’ come quello, tranne che il risultato è “come alcune delle tue RGC vedono il mondo”. E a seconda di quale particolare filtro DoG usi, puoi cambiare il tipo di RGC con cui stai vedendo le cose – e quindi, quali tipi vengono inibiti.
Su cinque diversi filtri DoG, l’effetto di aumentare il raggio delle RGC che si attivano ha avuto un effetto molto chiaro: “La scala del centro gaussiano […] aumenta da 4 a 20 in incrementi di 4, intensificando la sensibilità del filtro DoG ai contrasti nell’area centrale e simulando l’effetto dinamico del movimento in avanti,” nota il documento. “Questa risposta enfatizzata rinforza visivamente l’espansione percepita nel modello originale.”
Ciò significa, fondamentalmente, che diverse RGC stanno interpretando l’immagine in modo diverso – alcune vedono un’area nera piuttosto piccola; altre ne vedono una più grande. Ma tutte stanno riportando queste immagini al cervello contemporaneamente, risultando in una sorta di confusa conclusione del tipo “beh, forse è un oggetto in movimento?”
“I risultati indicano che l’illusione del buco che si espande è il risultato di complesse interazioni neurali, specificamente coinvolgendo l’inibizione laterale basata sul contrasto all’interno della corteccia visiva,” scrivono i ricercatori. “L’allineamento della forza dell’espansione percettiva con le risposte fisiologiche delle pupille suggerisce che l’illusione non è puramente percettiva ma coinvolge un’elaborazione coordinata attraverso diversi circuiti neurali.”
“Il nostro modello si allinea con studi precedenti sulle illusioni del movimento visivo, estendendo queste intuizioni per spiegare l’illusione del buco che si espande,” aggiungono.
Perché è importante? Quindi, ecco una domanda: perché dovremmo preoccuparci di questo? Le illusioni ottiche sono interessanti, ma non sono esattamente chirurgia spaziale – perché i ricercatori seri stanno perdendo tempo a spiegare perché a volte, date le giuste condizioni, vediamo un’immagine statica come “in movimento”?
Beh, in realtà, ci sono alcuni motivi per cui dovremmo prendere nota di questa ricerca – e, come spesso accade, la conclusione effettiva è solo uno di essi. Anche le altre illusioni che illumina non sono la conclusione più importante – anche se il documento nota parecchi esempi famosi che i loro risultati possono aiutare a spiegare, e altri esperti hanno già idee su come potrebbe applicarsi alle loro aree di ricerca.
Ad esempio, “potrei essere in grado di usarlo per capire i modelli che vediamo in natura, il che mi rende molto entusiasta,” ha detto a New Scientist Jolyon Troscianko, un ecologo visivo dell’Università di Exeter che non è stato coinvolto nel nuovo documento. “Le strisce delle zebre e i modelli delle ali delle farfalle, e tutte queste cose che sono spesso molto poco comprese.”
Ma il beneficio più ampiamente applicabile dello studio? È concettuale. Finora, le spiegazioni su come funziona questo tipo di illusione sono state “molto di alto livello e vaghe,” ha detto Troscianko, coinvolgendo idee sul nostro cervello che si confonde nel cercare di elaborare un’immagine 2D come un “buco” 3D.
Questa nuova teoria, però, è più semplice – sia come spiegazione, sia come ipotesi verificabile. Inoltre, presenta un nuovo modo di pensare ad alcune illusioni ottiche: possono essere solo un risultato fisico di reazioni neuronali di base, suggerisce il documento, piuttosto che sempre il risultato di processi cognitivi di ordine superiore.
Ovviamente, quelle spiegazioni più complesse “potrebbero essere vere – non puoi smentirle,” ha detto Troscianko a New Scientist. “Ma se arrivi a una spiegazione che si basa su processi di elaborazione visiva abbastanza precoci nel tuo cervello, allora è – per me – più utile.”
Lo studio, che è stato pubblicato come preprint e non è ancora stato sottoposto a revisione paritaria, è disponibile tramite arXiv.