Венера против черного платья

Нейробиологи нашли объяснение оптической иллюзии, впервые описанной Галилео Галилеем более 400 лет назад во время наблюдения им планет Солнечной системы. Изучая планеты через телескоп и невооруженным глазом, астроном с удивлением заметил, что в первом случае видимый размер Венеры оказывался меньше, чем размер Юпитера, а во втором случае — наоборот.

«Галилей был первым, кто предположил, что наши глаза искажают реальность», — пояснил доктор Хосе-Мануэль Алонсо из Колледжа оптометрии в штате Нью-Йорк (США). Галилей посчитал, что искажение возникает в самом человеческом глазе. Наблюдаемые напрямую яркие планеты на темном фоне кажутся больше и обретают лучистый венец, что и делало для Галилея Венеру в восемь раз больше, чем Юпитер, несмотря на то что при наблюдении в телескоп Юпитер казался в четыре раза больше. В дальнейшем многие астрономы отмечали, что угловое разрешение при наблюдении невооруженным глазом выше для слабых объектов, чем для ярких. Галилей писал, что это происходит «или из-за того, что их свет преломляется на влаге, которая покрывает наш зрачок, или из-за того, что он отражается от краев век, а затем рассеивается по зрачку, или по какой-то другой причине».

Причина действительно оказалась в самом человеке, физиологические причины размытия ярких объектов пытались объяснить многие ученые, в том числе знаменитый немецкий врач и физик Герман Гельмгольц.

Гельмгольц оказался ближе всего к истине, поняв, что увеличение видимого размера ярких объектов связано с нашим восприятием световых сигналов, а не с оптикой самого глаза.

«Наше исследование показало, что восприятие, которым Гельмгольц объяснял этот феномен, — нелинейный отклик зрительной системы, когда объекты видны на темном фоне», — пояснил Алонсо, автор статьи, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В своем эксперименте ученые проверяли активность нейронов зрительного бугра и коры головного мозга, отвечающих за восприятие света у кошек, обезьян и людей, при помощи вживленных электродов.

В момент эксперимента людям и животным, которые находились под анестезией, показывали три вида изображений: темные фигуры на светлом фоне, яркие фигуры на темной фоне, а также темные и светлые фигуры на сером фоне.

Сегодня известно, что человек воспринимает яркие и темные сигналы (отсутствие света) при помощи так называемых on и off-каналов в сетчатке и зрительном бугре. Измерив электрические сигналы от этих каналов, ученые выяснили, что off-нейроны реагируют предсказуемо и линейно на появление темных фигур на светлом фоне: чем резче контраст между фигурой и фоном, тем более активны эти нейроны. Однако on-нейроны реагировали на увеличение яркости светлых объектов на темном фоне непропорционально сильнее.

Иначе говоря, при одинаковом контрасте фигуры и фона второй вариант дает большее возбуждение нейронов.

По мнению ученых, это и объясняет асимметрию в нашей оценке размеров ярких и тусклых объектов и эта особенность возникла в ходе эволюции не просто так.

«Когда вы находитесь в очень темном месте, это позволяет вам разглядеть самые слабые источники света», — пояснил Алонсо.

Когда-то это помогало людям раньше обнаружить опасность в темноте. Однако днем, напротив, это свойство зрения позволяет нам разглядеть мелкие темные детали на более ярком фоне. Этот же эффект играет роль и в повседневной жизни: каждая женщина знает, что темная одежда ее стройнит, сглаживая недостатки фигуры. Теперь этому есть научное объяснение: темная фигура на светлом фоне дает меньшее возбуждение нейронов, чем светлая фигура на темном фоне.

Исследователи считают, что их открытие поможет лучше понять природу таких заболеваний зрения, как близорукость.