אשליות אופטיות:
עבודה בעיניים או בלבול מוח?

כולנו אוהבים אשליות אופטיות טובות: אין כמו לראות משהו קטן ולגלות שהוא גדול, לראות דברים בפרופורציות לא טבעיות, להתבלבל בין צבעים או לזהות תנועה שאיננה אמיתית. לא רק שהן משעשעות, אלא הן גם יכולות ללמד אותנו על פעילות המוח שלנו ועל מערכת הראייה. 

כדי להבין מתי ואיך האופן שבו אנחנו מתרגמים מידע חזותי משתבש, עלינו לדעת קודם מה בדיוק קורה בעיניים ובמוח שלנו כשאנחנו רואים בצורה תקינה. וביתר פשטות: איך אנו רואים? 

תהליך הראייה מתחיל כשאור שמוחזר מעצמים סביבנו מגיע לעינינו ונקלט בתאים רגישים לאור ברשתית העין שמשמשים כקולטני אור (פוטורצפטורים). הקולטנים הללו הם חלק ממערכת העצבים, ובדומה לתאי עצב אחרים הם מעבירים אותות חשמליים לתאי עצב נוספים, שנמצאים גם הם ברשתית. משם נשלחים האותות לאזור במוח שנקרא "קליפת המוח הראייתית", שם המידע המגיע מהרשתית עובר עיבוד ראשוני. במפתיע, האזור נמצא דווקא בקצה האחורי של המוח, הרחק מהעיניים וקרוב לעורף שלנו. משם המידע יישלח לאזורים אחרים של המוח לצורך עיבוד מעמיק ומורכב יותר שיאפשר לנו להבין מה בדיוק ראינו.

האותות החשמליים נשלחים מהתאים בתדירות מסוימת, שבאמצעותה המוח מפענח את המידע החזותי המגיע אליו מהעולם החיצוני. קצב שליחת האותות הוא האמצעי שבו תאי עצב מעבירים מידע זה לזה, וכך בדיוק מקודד במוחנו גם קלט ראייתי כגון צורה או צבע.

מעל לכל הציפיות: אשליית פונזו

אשליות מסוימות מבוססות על עיבוד המידע באזורים "גבוהים" במוח, שאליהם עובר הקלט הראייתי מאזורי הראייה הראשוניים. באזורים האלה המידע החזותי מפוענח על בסיס מודלים ותחזיות שהמוח יוצר, כגון "אני מצפה לראות משהו ליד משהו מסוים".

דוגמה לכך היא אשליית פונזו, שתיאר הפסיכולוג מריו פונזו (Ponzo) בשנת 1911, שבה עצמים זהים נראים לנו בגודל שונה זה מזה. אם ניקח סרגל ונמדוד, נגלה כי שלוש הדמויות שוות בגודלן, אולם קווי הפרספקטיבה הנמשכים מרמזים למוח שכל דמות נמצאת במרחק שונה מאיתנו. כפי שאנחנו נעזרים ברמזים מהסביבה כדי להבין שמטוס בגודל נמלה שטס במרומי השמיים הוא בעצם כלי טיס גדול שאורכו כמה עשרות מטרים, כך גם מוחנו מניח שאם הדמות הרחוקה מאיתנו נראית לנו באותו גודל כמו הדמות הקרובה, הרי שהיא חייבת להיות גדולה ממנה בהרבה. ברגע שנמחק את קווי הפרספקטיבה, שמרמזים לנו על המרחק בין הדמויות וגורמים לנו להסיק כי יש שוני בממדיהן, לא נחוש בהבדל.

כל הדמויות זהות, אבל רמזי פרספקטיבה משכנעים אותנו שה"רחוקות" גדולות יותר. אשליית פונזו | מקור: Darq, Shutterstock

מה אומרים הקולטנים?

בעוד אשליית פונזו מבוססת על רמזים בתמונה וידע קודם, אשליות אופטיות אחרות נובעות מתכונותיהם של תאי עצב במערכת הראייה שלנו. הסתכלו בתמונת הכוכב האדום שלמטה במשך 30 שניות בלי להסיט את מבטכם. מקדו את העיניים במרכז הכוכב. לאחר מכן העבירו את המבט לקיר לבן. 

האם ראיתם כוכב רפאים ירוק על הרקע הלבן? ברשתית העין קיימים שני סוגים של קולטני אור. סוג אחד, שנקרא קנים, הוא קולטנים שרגישים לאור גם בעוצמות נמוכות ומאפשרים לנו לראות גם בתנאי תאורה לקויים – למשל בלילה. השני הוא המדוכים, שרגישים לאור באורכי גל מסוימים, שלאחר מכן המוח מזהה אותם כצבעים שונים.

כשאנו ממקדים את מבטנו בכוכב האדום, מדוכים הרגישים לאורך הגל האדום מופעלים ומעבירים אותות חשמליים לאזורי הראייה שבאונה העורפית של המוח. מאחר שמבטנו נשאר ממוקד באותו מקום במשך זמן רב, התאים יפעלו באופן מתמשך. בשלב מסוים הם לא יוכלו להגביר יותר את קצב שליחת האותות, משום שהגיעו למהירות המרבית שלהם. כשנפנה את מבטנו אל הקיר הלבן לאחר מכן, המדוכים הרגישים לאדום כבר יהיו "עייפים", אך קולטני הצבעים האחרים ימשיכו לפעול כרגיל. במקום אדום, תמונת הרפאים תהיה ירוקה. כשהמדוכים יחזרו לפעילות רגילה, תמונת הרפאים תיעלם.

למה דווקא ירוק? בשנת 1892 הגה הפיזיולוג הגרמני אוולד הרינג (Hering) את תיאוריית התהליכים המנוגדים, שקובעת כי תפיסת הצבע שלנו פועלת על שלושה צירים של צבעים נגדיים שאינם מתערבבים זה עם זה: אדום-ירוק, כחול-צהוב ושחור-לבן. מאחר שאדום וירוק הם צבעים נגדיים, איננו יכולים לדמיין צבע אדום-ירקרק, אך אין לנו כל קושי לקבל שילובי צבעים אחרים, כמו כחול-ירקרק. לפי התיאוריה הזאת, כשהקולטנים האדומים פועלים, אלה שמזהים ירוק מושהים. כשאנו מפנים את מבטנו מהכוכב האדום לקיר הלבן, הקולטנים הירוקים המושהים יחזרו לפעול ביתר שאת, ואילו קולטני הצבע האדום שהותשו, יאטו.

הקולטנים המשתתפים מתעייפים. תיאוריית התהליכים המנוגדים | איור: שירה הולנד 

גם ההקשר משפיע על תפיסת הצבע

תפיסת הצבע שלנו מושפעת גם היא מתהליכי עיבוד מתקדמים יותר במוח, שלוקחים בחשבון את ההקשר שבו הצבע מופיע ולא רק את התכונות הפיזיקליות שלו, כמו אורך הגל שנקלט ברשתית. הביטו למשל על שתי הקוביות הצבעוניות בתמונה – האחת על רקע כחול והשנייה על רקע צהוב. באופן מפתיע, אם נתמקד בנפרד בריבועים שנראים לנו צהובים בקובייה הימנית ובאלה הכחולים בשמאלית, נראה שמבחינה פיזיקלית כל הריבועים הללו הם למעשה באותו גוון של אפור. המוח שלנו מפענח את הצבע ככחול או כצהוב בהשפעת הריבועים הצבעוניים האחרים בסביבתו.

תחת תאורה צהובה (שמאל) הריבועים האפורים נראים כחולים ותחת תאורה כחולה הם נראים צהובים. צבעי הריבועים שמתחת ל-GT הם הצבעים הממשיים של השלשות המסומנות | מקור: Cohen-Duwek et al

באופן דומה באשליה הבאה, כשהריבוע למטה נע ימינה, נדמה לנו שהוא משנה את צבעו מאפור לוורוד, אף שבפועל צבעו נשאר אפור כל הזמן. הדבר היחיד שמשתנה הוא צבע הרקע. לתופעה הזאת קוראים "הכללת צבע" (Chromatic induction), והיא גורמת לאורך גל מסוים להיראות כצבע אחר בהשפעת הצבעים הסמוכים אליו. התכונות הפיזיקליות של הצבע, כלומר, אורכי הגל שהוא מחזיר או בולע, לא משתנות. רק החוויה הסובייקטיבית שלנו היא אחרת.

נדמה שהריבוע משנה את צבעו מאפור לוורוד. הכללת צבע | מתוך הטוויטר של אקיושי קיטאוקה AkiyoshiKitaoka@

תנועה ללא תנועה

אשליה נוספת קשורה לתאים במערכת הראייה שלנו שרגישים לתנועה בכיוון מסוים. כשתא כזה מקבל קלט של תנועה שאליו הוא רגיש, למשל מימין לשמאל, הוא יגביר את קצב שליחת האותות שלו. תנועה בכיוון אחר, למשל מלמעלה למטה, לא תשפיע עליו כלל, אלא רק על התאים שרגישים דווקא לתנועה אנכית.

התמקדו כעשרים שניות בספירלה שנעה בתנועה סיבובית ואז העבירו את המבט לעבר קיר או עצם אחר. יקרה דבר דומה למה שראינו עם הכוכב האדום, אבל הפעם עם תאי העצב הרגישים לתנועה. חלק מהתאים הללו יתעייפו, מכיוון שהם שלחו אותות בקצב מרבי במשך זמן רב. כשהתאים הללו יפסיקו לשלוח אותות, המוח יפרש את העצירה הזאת כתנועה בכיוון הנגדי, ולכן נראה לנו כאילו התמונה שבסרטון נעה ומתעוותת, בדומה לצבע ההופכי שקיבלנו אחרי הצפייה בכוכב האדום.

תאי העצב הרגישים לתנועה מתעייפים. ספירלה בתנועה סיבובית: 

רק לא למצמץ!

קולטני האור אינם מפוזרים באופן אחיד על פני הרשתית. למעשה, רובם מרוכזים באזור קטן ברשתית שנקרא פובאה, או הגומה המרכזית, כדי לקלוט מידע עשיר מן הסביבה בחדות ראייה מרבית אנו סורקים את שדה הראייה כל העת עם הפובאה בתנועות עיניים מהירות וקופצניות שמתרחשות כמה פעמים בשנייה. התנועות האלה, שמתרחשות גם כשאנו ממקדים את מבטנו בעצם כלשהו, מאפשרות לקולטני האור להיחשף לקלט חדש ומונעות מפעילות התאים לדעוך עקב קלט שאינו משתנה. כשהפובאה ממוקדת בעצם, רואים אותו בצורה חדה, עשירה וברורה ואילו שאר שדה הראייה מטושטש יותר. בדרך כלל נמקד את הפובאה במה שמושך את תשומת ליבנו. 

אם נמקד את מבטנו בנקודה האדומה באיור הבא, בלי להזיז את העיניים, נגלה שהמעגל שמקיף אותו נעלם. לתופעה הזאת קוראים התעמעמות תפיסתית (Perceptual fading): מעין דעיכה של פעילות תאי העצב כשהקלט לא מתרענן שוב ושוב. מצמוץ או הסטת המבט יגרמו לעצמים ש"נעלמו" משדה הראייה שלנו לחזור ולהופיע. 

דעיכה של פעילות תאי העצב כשאין רענון של הקלט. התעמעמות תפיסתית | איור: שירה הולנד

תיקונים והשלמות

הסיבה לכך שאנו רואים את תמונת העולם בשלמות וברציפות היא שהמוח מתקן ומשלים את מה שנמצא בהיקף של שדה הראייה. התכונה הזאת של המוח עומדת בבסיס אשליית התנועה שאנו חווים כשאנחנו מתבוננים בתמונה של המעגלים בכחול ובצהוב. אשליית התנועה שאנו חשים מתבססת על תופעה בשם סחף היקפי (Peripheral drift), שבה העין מבצעת את אותן תנועות מהירות כדי לסרוק את כל שדה הראייה. כדי לנטרל את האשליה, נסו למקד את מבטכם בחלק אחד של התמונה. סביר להניח שתחושו כך שהחלקים האחרים סטטיים יותר.

העין סורקת בתנועות מהירות את כל שדה הראייה. סחף היקפי | מקור: Perepadia Y, Shutterstock

הגבולות והמגבלות של תא העצב 

ראינו דוגמאות לשני סוגי אשליות: אלה שמבוססות על תכונות התאים במערכת הראייה ואלה שנובעות מציפיות ותחזיות של אזורים אחרים במוח. אך ייתכן שיש גורם נוסף המשפיע על האופן שבו מידע מועבר ממערכת הראייה אל המוח: התכונות של תאי העצב עצמם. תאי העצב שולחים אותות חשמליים זה לזה וכך מעבירים ביניהם מסרים. מספר האותות שתא יכול לשלוח בפרק זמן מסוים הוא סופי ולבסוף יגיע לתדירות האיתות המרבית שלו. 

כפי שראינו באשליית הקובייה ובאשליית הריבוע האפור-ורוד, האופן שבו אנו תופסים צבע ובהירות מושפע לא רק מהתכונות הפיזיקליות של החומר (אורך הגל הנבלע) אלא גם מהצבעים ברקע, וכן מאופי התאורה ומהניגודיות. תאי העצב ברשתית מקודדים את המידע הנקלט, כלומר מבטאים את המסרים השונים, באמצעות שינויים בקצב שליחת האותות החשמליים למוח.

אולם עד כמה המנגנון הזה יעיל? אפשר לדמות את פעילות תאי העצב להעברת נתונים ברשת מחשבים. כשמעבירים נתונים, מהירות ההעברה מוגבלת על ידי רוחב הפס הזמין. רוחב הפס של תאי העצב מתבטא בקצב שבו האות החשמלי עובר ביניהם. בתאי העצב שברשתית, קצב העברת הנתונים המרבי גדול פי עשרה מהקצב הנמוך ביותר. כלומר, הטווח האפשרי של קצב העברת האותות מכל תא עצב הוא די מצומצם. לכן הקידוד צריך להיות יעיל מאוד – להעביר רק מידע נחוץ, וכמה שיותר ממנו.

חוקרים בריטיים יצרו מודל חישובי לתפיסת צבע, שמבוסס על יעילות הקידוד של תאי העצב ברשתית. הם הציגו למודל קלט של אשליות כמו זאת של הקובייה, שבהן יש רקע מסוים ועצם צבעוני או מואר באורכי גל שונים. בתגובה המודל הציג את התמונה שתתקבל כשיעילות הקידוד מיטבית.

התמונות שהתקבלו מהמודל היו דומות מאוד לאלה שבני האדם תופסים כשהם חווים את האשליות האופטיות. מכאן הסיקו החוקרים שאפשר להסביר את העיוותים התפיסתיים שאנו חווים גם על בסיס העיקרון של קידוד המידע בתאי העצב באופן יעיל וחסכוני. ההסבר הזה תקף, לפחות חלקית, גם לאשליות שמקובל כיום לייחס לתהליכי עיבוד מתקדמים ותלויי הקשר בקליפת המוח. אף על פי שהמודל אינו מבטא את מלוא המורכבות של מערכת הראייה האנושית, שבלי ספק מושפעת גם מציפיות ומניסיון חיים, ומעיבוד באזורי מוח גבוהים יותר, הוא מראה שהתפיסה החזותית שלנו מושפעת גם מהצורך להפיק את המרב מיכולת הקידוד של תאי העצב ולנצל ביעילות את משאבי האנרגיה שלהם.

אשליות אופטיות לא רק מבדרות אלא גם מלמדות אותנו איך מערכת הראייה והמוח פועלים. מערכת הראייה היא מערכת מורכבת, וכשחושבים על האופן הרציף והעשיר שבו אנו רואים את העולם, מבינים שהיא פשוט מופלאה.