Иллюзия Мюллера-Лайера: Культурные и нейрофизиологические аспекты восприятия

Введение

Оптическая иллюзия

Иллюзия Мюллера-Лайера – это оптическая иллюзия, состоящая из трех стилизованных стрелок. Когда испытуемым предлагают отметить середину фигуры, они, как правило, смещают отметку в сторону "хвоста". Иллюзия была разработана Францем Карлом Мюллером-Лайером (1857–1916), немецким социологом, в 1889 году. Вариация этого же эффекта (и наиболее распространенная форма, в которой она встречается сегодня) представляет собой набор фигур, напоминающих стрелки. Прямые отрезки одинаковой длины образуют "стержни" стрелок, а более короткие отрезки (называемые "крыльями") выступают из концов стержня. Крылья могут быть направлены внутрь, формируя "головку" стрелки, или наружу, формируя "хвост". Стержень стрелки с двумя "хвостами" воспринимается как более длинный, чем стержень стрелки с двумя "головками".

Изменение восприятия

Исследования показали, что восприятие иллюзии Мюллера-Лайера может варьироваться. Около рубежа 20-го века У. Г. Риверс отметил, что коренные жители австралийского острова Мюррей менее подвержены иллюзии Мюллера-Лайера, чем европейцы. Риверс предположил, что это различие может быть связано с тем, что европейцы живут в более геометрически правильных средах, чем жители острова. Аналогичные результаты были также получены Джоном У. Берри в его работе с инуитами, городскими шотландцами и народом темне в 1960-х годах. В 1963 году Сегалл, Кэмпбелл и Херсковиц сравнили восприимчивость к четырем различным визуальным иллюзиям в трех группах кавказцев, двенадцати группах африканцев и одной группе из Филиппин. Для иллюзии Мюллера-Лайера средняя относительная ошибка в восприятии длины отрезков линии варьировалась от 1,4% до 20,3%. Три группы, происходящие из Европы, оказались наиболее подвержены иллюзии, в то время как охотники-собиратели саны из пустыни Калахари – наименее. В 1965 году, после дебатов между Дональдом Т. Кэмпбеллом и Мелвиллом Дж. Херсковицем о том, может ли культура влиять на столь фундаментальные аспекты восприятия, как длина линии, они предложили своему студенту Маршаллу Сегаллу изучить эту проблему. В своей основополагающей статье 1966 года они исследовали семнадцать культур и показали, что люди из разных культур существенно различаются в том, как они воспринимают стимулы Мюллера-Лайера. Они писали, что "европейские и американские жители городов имеют гораздо больший процент прямоугольных форм в окружающей среде, чем неевропейцы, и поэтому более подвержены этой иллюзии". Они также использовали термин "оформленная среда" для описания среды, в которой в основном живут европейцы, характеризующейся прямыми линиями, прямыми углами и квадратными углами. Эти выводы были оспорены в более поздних работах Густава Джаходы, который сравнил членов африканского племени, живущих в традиционной сельской местности, с членами той же группы, живущими в африканских городах. Здесь не было обнаружено значимых различий в восприимчивости к иллюзии МЛ. Последующие работы Джаходы показали, что пигментация сетчатки может играть роль в различных восприятиях этой иллюзии, что впоследствии было подтверждено Поллаком (1970). В настоящее время считается, что не "оформленность" среды, а плотность пигментации в глазу связана с восприимчивостью к иллюзии МЛ. У людей с темной кожей часто более плотная пигментация глаз. Позднее исследование было проведено в 1978 году Ахлувалией на детях и молодых людях из Замбии. Сравнивались испытуемые из сельской местности с испытуемыми из городской местности. Было показано, что испытуемые из городских районов значительно более подвержены иллюзии, как и более молодые испытуемые. Хотя это и не подтверждает гипотезу об "оформленной" среде как таковую, это свидетельствует о том, что различия в окружающей среде могут приводить к различиям в восприятии иллюзии Мюллера-Лайера, даже в рамках одной культуры. Сообщалось об экспериментах, показывающих, что голуби воспринимают стандартную иллюзию Мюллера-Лайера, но не ее обратную версию. Также сообщалось об экспериментах на попугаях с аналогичными результатами.

Research has shown that sensation of the Müller Lyer illusion can vary. Around the turn of the 20th century, W. H. R. Rivers noted that indigenous people of the Australian Murray Island were less susceptible to the Müller Lyer illusion than were Europeans. Rivers suggested that this difference may be because Europeans live in more rectilinear environments than the islanders. Similar results were also observed by John W. Berry in his work on Inuit, urban Scots, and the Temne people in the 1960s. In 1963, Segall, Campbell and Herskovitz compared susceptibility to four different visual illusions in three population samples of Caucasians, twelve of Africans, and one from the Philippines. For the Müller Lyer illusion, the mean fractional misperception of the length of the line segments varied from 1.4% to 20.3%. The three European derived samples were the three most susceptible samples, while the San foragers of the Kalahari desert were the least susceptible. In 1965, following a debate between Donald T. Campbell and Melville J. Herskovits on whether culture can influence such basic aspects of perception such as the length of a line, they suggested that their student Marshall Segall investigate the problem. In their definitive paper of 1966, they investigated seventeen cultures and showed that people in different cultures differ substantially on how they experience the Müller Lyer stimuli. They wrote that "European and American city dwellers have a much higher percentage of rectangularity in their environments than non Europeans and so are more susceptible to that illusion." They also used the word "carpentered" for the environments that Europeans mostly live in characterized by straight lines, right angles, and square corners. These conclusions were challenged in later work by Gustav Jahoda, who compared members of an African tribe living in a traditional rural environment with members of same group living in African cities. Here, no significant difference in susceptibility to the M L illusion was found. Subsequent work by Jahoda suggested that retinal pigmentation may have a role in the differing perceptions on this illusion, and this was verified later by Pollack (1970). It is believed now that not "carpenteredness", but the density of pigmentation in the eye is related to susceptibility to the M L illusion. Dark skinned people often have denser eye pigmentation. A later study was conducted in 1978 by Ahluwalia on children and young adults from Zambia. Subjects from rural areas were compared with subjects from urban areas. The subjects from urban areas were shown to be considerably more susceptible to the illusion, as were younger subjects. While this by no means confirms the carpentered world hypothesis as such, it provides evidence that differences in the environment can create differences in the perception of the Müller Lyer illusion, even within a given culture. Experiments have been reported suggesting that pigeons perceive the standard Müller Lyer illusion, but not the reversed. Experiments on parrots have also been reported with similar results.

Перспективное объяснение

Одно из возможных объяснений, предложенное Ричардом Грегори, состоит в том, что иллюзия Мюллера-Лайера возникает из-за того, что зрительная система обучается ассоциировать конфигурацию "углы внутрь" с прямолинейным объектом, например, с выпуклым углом комнаты, который кажется ближе, а конфигурацию "углы наружу" – с объектом, находящимся на расстоянии, например, с вогнутым углом комнаты. Однако в недавнем отчете Кэтрин Хоу и Дейл Пурвес опровергли объяснение Грегори: хотя интуиция Грегори относительно эмпирической значимости стимула Мюллера-Лайера указывает в верном общем направлении (то есть, объяснение, основанное на предыдущем опыте с источниками подобных стимулов), выпуклые и вогнутые углы вносят незначительный вклад, если вообще вносят, в эффект Мюллера-Лайера. Нейронные сети в зрительной системе человека учатся эффективно интерпретировать трехмерные сцены. Именно поэтому, когда кто-то удаляется от нас, мы не воспринимаем его уменьшающимся в размере. И когда мы вытягиваем одну руку и смотрим на обе руки, мы не воспринимаем одну руку меньше другой. Визуальные иллюзии иногда используются для демонстрации того, что то, что мы видим, – это образ, созданный в нашем мозге. Предполагается, что наш мозг проецирует изображение меньшей руки на правильное расстояние в нашей внутренней трехмерной модели. Это называется гипотезой механизма постоянства размера. В иллюзии Мюллера-Лайера, согласно этому объяснению, зрительная система обнаруживает признаки глубины, обычно связанные с трехмерными сценами, и ошибочно интерпретирует их как перспективный рисунок. Затем механизм постоянства размера заставляет нас воспринимать неверную длину объекта, которая соответствовала бы большему расстоянию в настоящем перспективном изображении. На рисунке, иллюстрирующем перспективу, мы видим, что в обычных ситуациях эта эвристика работает достаточно хорошо. Ширина ковра, очевидно, должна казаться меньше длины задней стены.

Объяснение центроида

Согласно так называемой гипотезе центроида, суждения о расстоянии между визуальными объектами сильно зависят от нейронного вычисления центроидов профилей яркости объектов, поскольку положение центроида изображения определяет его воспринимаемое местоположение. Morgan et al. предполагают, что визуальная процедура извлечения центроида причинно связана с пространственным объединением позиционных сигналов, вызванных соседними частями объекта. Хотя интеграция снижает позиционную точность, такое объединение представляется вполне биологически обоснованным, поскольку позволяет быстро и надежно оценивать местоположение визуального объекта в целом, независимо от его размера, сложности формы и условий освещения. В отношении иллюзий Мюллера-Лайера и подобных им, паттерн нервного возбуждения, вызванный контекстуальным флангом (например, самими крыльями Мюллера-Лайера), перекрывается с паттерном, вызванным терминатором стимула (например, вершиной крыльев), тем самым приводя (из-за сдвига центроида суммарного возбуждения) к его перцептивному смещению. Ключевой момент в объяснении центроидом позиционных сдвигов терминаторов стимула в направлении центроидов контекстуальных флангов был подтвержден в психофизическом исследовании иллюзорных фигур с вращающимися отвлекающими элементами. Относительное смещение всех терминаторов стимулов приводит к ошибочной оценке расстояний между ними; то есть иллюзия возникает как побочный эффект из-за принципиально низкой пространственной разрешающей способности нейронного механизма оценки относительного расположения визуальных объектов. Кроме того, было показано, что хорошо известная асимметрия в проявлении модификаций «крылья внутрь» и «крылья наружу» иллюзии Мюллера-Лайера может быть успешно объяснена дополнительными эффектами иллюзии заполненного пространства.