دانشمندان سرانجام معمای چالش‌برانگیز توهم‌های نوری را حل کردند

توهمات کنتراست همزمان متکی‌بر تغییر پس‌زمینه تصاویر به‌منظور تغییر نحوه درک ما از رنگ‌ها و روشنایی اشیاء درون آن‌ها است. اکنون مدل کامپیوتری جدیدی ممکن است این موضوع را آشکار کند که آن‌ها دقیقا چگونه ما را فریب می‌دهند.

به‌نوشته‌ی لایوساینس، توهمات کنتراست همزمان گروه وسیعی از تصاویر فریبنده هستند که افراد را فریب می‌دهند تا فکر کنند بخش‌های خاصی از یک تصویر رنگ‌های متفاوتی نسبت‌به بقیه آن دارد، درحالی‌که در واقعیت رنگ همه قسمت‌های آن یکی است. این اثر متکی بر تغییر روشنایی یا رنگ پس‌زمینه است که موجب می‌شود درک ما از اشیاء پیش‌زمینه تغییر پیدا کند.

به‌عنوان مثال، در تصویر بالا نوار کوچک‌تر در وسط تصویر دارای رنگ خاکستری یکنواخت است، اما به خاطر اینکه پس‌زمینه در یک سمت روشن‌تر و در سمت دیگر تیره‌تر است، این‌طور به‌نظر می‌رسد که رنگ نوار خاکستری یکنواخت نیست.

مثال دیگر، «توهم مانکر وایت» است که در تصویر زیر نشان داده شده است. ۱۲ کُره موجود در تصویر به رنگ‌های قرمز، بنفش و سبز به‌نظر می‌رسند اما درواقع همه آن‌ها دارای رنگ بژ هستند.

بیش از یک قرن است که دانشمندان به‌طور گسترده می‌دانند چرا این توهمات به‌وجود می‌آیند، اما در تمام این مدت کارشناسان نتوانسته‌اند دراین‌باره به توافق برسند که آن‌ها دقیقا چگونه مغز را فریب می‌دهند. دو توضیح ممکن وجود دارد. توضیح اول این است که توهم با فعالیت عصبی سطح پایین شروع می‌شود و به مواجهه‌ی گذشته با این نوع توهمات نیازی ندارد. توضیح دوم این است که توهم به عملکردهای رده بالاتر مغز نیاز دارد و آن‌چه را که مغز قبلا درمورد روشنایی و رنگ نور در طول زمان آموخته است، نشان می‌دهد.

در مطالعه‌ای که به‌تازگی در مجله‌ی Computational Biology منتشر شده است، پژوهشگران از مدل کامپیوتری جدیدی استفاده کردند تا این بحث را برای همیشه حل کنند.

مدل جدید پژوهشگران از کدهای کامپیوتری برای تقلید این موضوع استفاده می‌کند که چگونه شبکه سلول‌های مغز یا نورون‌ها که ابتدا داده‌ها را از چشم دریافت می‌کنند، قبل از ارسال داده‌ها به مناطق رده بالاتر مغز برای پردازش کامل، شروع به رمزگشایی از تصویر می‌کنند. مدل کامپیوتری تصویر را به چندین بخش تقسیم می‌کند، روشنایی هر بخش را اندازه‌گیری می‌کند و سپس ارزیابی‌های خود را در گزارش واحدی با هم ترکیب می‌کند.

جولیون تروسیانکو، یکی از نویسندگان مطالعه از دانشگاه اکستر بریتانیا توضیح می‌دهد حُسن این مدل این است که به بخش‌های انفرادی اجازه می‌دهد تا با همان سرعتی پردازش شوند که نورون‌های انسانی می‌توانند آن‌ها را ارزیابی کنند، بنابراین، مدل با محدودیت‌های بینایی ما تطابق دارد. مدل جدید سرعت شلیک شدن نورون‌ها یا ارسال پیام به نورون‌ها را درنظر می‌گیرد و تروسیانکو می‌گوید: «این جنبه از مدل جدید است و به‌نظر نمی‌رسد قبلا کسی تاثیر این موضوع را بر پردازش بصری درنظر گرفته باشد.»

پژوهشگران از مدل جدید خود برای تجزیه‌وتحلیل بیش از ۵۰ توهم کنتراست همزمان استفاده کردند تا ببینند که آیا برنامه‌ی آن‌ها مانند چشم انسان به اشتباه بخش‌های خاصی از تصاویر را با رنگ متفاوت تشخیص می‌دهد. (به‌گفته‌ی نویسندگان، هرچند تعداد توهم‌های کنتراست همزمان مشخص نیست، اما احتمالا صدها نمونه از این نوع توهم‌ وجود دارد.)

تروسیانکو می‌گوید: «در طول آزمایش‌ها مدل ما به‌طور مداوم فریب می‌خورد و رنگ‌ها را اشتباه تشخیص می‌داد. همکارم (دانیل اوسوریو) مدام توهمات جدید را برای من ایمیل می‌کرد و می‌گفت فکر نمی‌کند این یکی کار کند. اما در کمال تعجب مدل ما تقریبا توهم را در کل موارد پیش‌بینی کرد.»

مدل کامپیوتری بدون نیروی پردازشی پیچیده مغز انسان فریب این توهمات را می‌خورد و این امر نشان می‌دهد نه پردازش بصری رده بالا و نه تجربیات گذشته برای کارکرد این توهمات لازم نیستند. نویسندگان چنین نتیجه‌گیری کردند که یافته‌ها این فرضیه را تایید می‌کند که فقط پردازش عصبی سطح پایه مسئول فریب تصاویر است. تروسیانکو می‌گوید: «بسیاری از توهمات که قبلا تصور می‌شد مبتنی‌بر پردازش بصری پیچیده یا پردازش بصری باشند که به حلقه‌های بازخورد نیاز دارند، درواقع می‌توانند با چیزی به سادگی یک لایه نورون‌ توضیح داده شوند.»

نتایج مطالعه حاضر از یافته‌های مطالعه‌ای حمایت می‌کند که سال ۲۰۲۰ در مجله‌ی Vision Research منتشر شد. در آن مطالعه، کودکانی که مبتلا به آب مروارید به دنیا آمده بودند و با موفقیت درمان شدند، با اینکه هیچ تجربه بصری از گذشته‌ نداشتند تا براساس آن تصاویر را پردازش کنند، مدت کوتاهی پس از بازیابی بینایی فریب تصاویر را خوردند.