Τετάρτη, 12 Φεβρουαρίου 2014

Ερμηνεία στην οφθαλμαπάτη του Γαλιλαίου. Galileo's Optical Illusion Explained by Neuroscience

Μια οφθαλμαπάτη κάνει την Αφροδίτη (κάτω) να φαίνεται μεγαλύτερη από τον πλανήτη Δία (πάνω) στον νυχτερινό ουρανό. An optical illusion makes Venus (lower dot) appear larger than Jupiter (upper dot) against the night sky. Credit: Cory Poole

Πριν από περίπου τέσσερις αιώνες, ο μεγάλος αστρονόμος Γαλιλαίος παρατήρησε κάτι περίεργο: με γυμνό μάτι, η Αφροδίτη φαίνεται μεγαλύτερη από τον Δία, ενώ το τηλεσκόπιο δείχνει το ακριβώς αντίστροφο.

Η αστρονομική οφθαλμαπάτη δείχνει επιτέλους να εξηγείται: η ανθρώπινη όραση αντιλαμβάνεται ως μεγαλύτερα τα λαμπρά αντικείμενα που βλέπουμε σε σκούρο φόντο, παρά τα σκοτεινά αντικείμενα σε σκούρο φόντο.

Η Αφροδίτη είναι λαμπρότερη από τον Δία στον νυχτερινό ουρανό, οπότε φαίνεται δυσανάλογα μεγάλη, παρόλο που το φαινόμενο μέγεθος του Δία είναι στην πραγματικότητα μεγαλύτερο.

Σύμφωνα μάλιστα με τους ερευνητές της τελευταίας μελέτης, αυτή η ιδιοτροπία της ανθρώπινης όρασης δεν είναι τυχαία, αλλά εξελίχθηκε για να διευκολύνει την επιβίωσή μας σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στην αμερικανική επιθεώρηση PNAS.

Γρίφος τεσσάρων αιώνων

Neuroscientists have offered an explanation for an optical illusion that stumped Galileo Galilei, shown in this photograph of a painting attributed to Filippo di Nicola Furini. ("The Illustrated Longitude" by Dava Sobel and William J.H. Andrewes)

Ο ίδιος ο Γαλιλαίος είχε αντιληφθεί ότι το δυσανάλογα μεγάλο μέγεθος της Αφροδίτης είναι μια ψευδαίσθηση, την οποία απέδιδε σε ατέλειες του οφθαλμού, όπως τη «διάθλαση του φωτός στην υγρασία που καλύπτει την κόρη».

Μια πιο ορθή απάντηση δόθηκε τον 19ο αιώνα από τον γερμανό φυσικό Χέρμαν φον Χέλμχολτζ, ο οποίος κατάλαβε ότι η ψευδαίσθηση δεν οφείλεται στο οπτικό σύστημα του ματιού αλλά στην αντίληψη της όρασης.

Η νέα μελέτη εν πολλοίς δικαιώνει τον Φον Χέλμχολτζ. Οι ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης διαπιστώνουν ότι το οπτικό σύστημα του εγκεφάλου (και πιθανώς και τα ίδια τα μάτια) αντιδρά πιο έντονα στα λαμπερά αντικείμενα με σκούρο φόντο και τα αντιλαμβάνεται ως μεγαλύτερα.

Οι νευρώνες On-Off

To άσπρο τετράγωνο σε μαύρο φόντο φαίνεται μεγαλύτερο από το ισομεγέθες μαύρο τετράγωνο. Το ίδιο συμβαίνει με την Αφροδίτη σε σχέση με τον Δια στον νυχτερινό ουρανό. In this illusion, the white square on a black background appears larger than the same-size black square on a white background.

Ο δρ Χοσέ-Μανουέλ Αλόνσο και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ηλεκτρόδια για να καταγράψουν τη δραστηριότητα νευρώνων του οπτικού φλοιού σε γάτες, πιθήκους και ανθρώπους. Εξέτασαν συγκεκριμένα τη δραστηριότητα δύο διαφορετικών ομάδων νευρώνων: τους νευρώνες ON που ειδικεύονται στην αντίληψη των φωτεινών αντικειμένων, και τους νευρώνες OFF που ειδικεύονται στα σκούρα αντικείμενα.

Η ανάλυση έδειξε ότι οι νευρώνες OFF των σκοτεινών αντικειμένων αντιδρούν με γραμμικό τρόπο: όσο μεγαλύτερο το κοντράστ της εικόνας, τόσο μεγαλύτερη η αντίδρασή τους. Αντίθετα, οι νευρώνες ON αντιδρούν δυσανάλογα στα φωτεινά σχήματα σε σκούρο φόντο, έτσι ώστε η αντίδρασή τους να είναι εντονότερη από ό, τι των νευρώνων OFF όταν το κοντράστ μένει σταθερό.

Και η δυσανάλογη αντίδραση του καναλιού ON αυξάνει το φαινόμενο μέγεθος της λαμπερής Αφροδίτης σε σχέση με τον πιο σκοτεινό Δία.

Χρήσιμη οπτική απόκριση στην επιβίωση

Venus (left) and Jupiter (right) seen above a crescent Moon. A visual illusion that makes Venus look bigger than Jupiter has finally been explained.

Σύμφωνα μάλιστα με τον δρα Αλόνσο, η δυσανάλογη αυτή απόκριση του οπτικού συστήματος είναι χρήσιμη για την επιβίωση, αφού «μας επιτρέπει να βλέπουμε πολύ αμυδρές πηγές φωτός όταν βρισκόμαστε σε σκοτεινές περιοχές».

Παραμένει ωστόσο ασαφές αν αυτή η ιδιοτροπία της όρασης οφείλεται στον εγκέφαλο, ή αν πηγάζει από ιδιοτροπίες στις επιμέρους ομάδες κυττάρων του αμφιβληστροειδούς.

Σε κάθε περίπτωση, η νευροεπιστήμη είναι η μόνη που μπορεί να δώσει απαντήσεις για τις πολυάριθμες οφθαλμαπάτες που έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα.

Η πειραματική προσέγγιση της τελευταίας μελέτης ίσως θα μπορούσε να δώσει απάντηση και σε μια άλλη αστρονομική οφθαλμαπάτη που μένει ανεξήγητη: γιατί η Σελήνη φαίνεται μεγαλύτερη όταν βρίσκεται κοντά στον ορίζοντα από ό, τι φαίνεται όταν βρίσκεται ψηλά στον ουρανό.

Το Βόρειο Σέλας του Κρόνου... χορεύει. Saturn's Aurora Dancing

Ultraviolet and infrared images from NASA's Cassini spacecraft and Hubble Space Telescope show active and quiet auroras at Saturn's north and south poles. Image credit: NASA/JPL-Caltech/University of Colorado/Central Arizona College and NASA/ESA/University of Leicester and NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Lancaster University

Ένα ακόμη εντυπωσιακό βίντεο έδωσε στη δημοσιότητα η NASA. Το βίντεο τιτλοφορείται «Ο Χορός του Σέλαος του Κρόνου» και παρουσιάζει το σέλας στον βόρειο πόλο του πλανήτη.

While the curtain-like auroras we see at Earth are green at the bottom and red at the top, NASA's Cassini spacecraft has shown us similar curtain-like auroras at Saturn that are red at the bottom and purple at the top. Image credit: NASA/JPL-Caltech/SSI

Ultraviolet and infrared images from NASA's Cassini spacecraft and Hubble Space Telescope show active and quiet auroras at Saturn's north and south poles. Saturn's auroras glow when energetic electrons dive into the planet's atmosphere and collide with hydrogen molecules. Sometimes a blast of fast solar wind, composed of mostly electrons and protons, creates an active aurora at Saturn, as occurred on April 5 and May 20, 2013. The first set of images, as seen in the ultraviolet part of the spectrum by Hubble, shows an active aurora dancing around Saturn's north pole on April 5. The movie then shows a relatively quiet time between April 19 to 22 and between May 18 and 19. The aurora flares up again in Hubble images from May 20. This version, shown in false-color, has been processed to show the auroras more clearly. A second set of ultraviolet images shows a closer view of an active north polar aurora in white. This set comes from Cassini ultraviolet imaging spectrograph observations on May 20 and 21. The last set of images, in the infrared, shows a quiet southern aurora (in green) in observations from Cassini's visual and infrared mapping spectrometer on May 17. Saturn's inner heat glows in red, with dark areas showing where high clouds block the heat. Image credit: NASA/JPL-Caltech/University of Colorado/Central Arizona College and NASA/ESA/University of Leicester and NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Lancaster University

Το βίντεο έχει δημιουργηθεί από εικόνες του φαινομένου που έχουν καταγράψει το Cassini (το σκάφος που εξερευνά το σύστημα του Κρόνου την τελευταία δεκαετία) και το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.

The dark region seen on the face of the sun at the end of March 2013 is a coronal hole (just above and to the right of the middle of the picture), which is a source of fast solar wind leaving the sun, and caused the aurora on Saturn. Image credit: NASA/SDO/AIA

Σύμφωνα με τα στελέχη της NASA το βίντεο αυτό θα βοηθήσει τους ειδικούς να μελετήσουν καλύτερα το φαινόμενο στον Κρόνο αλλά και να κατανοήσουν καλύτερα την εξέλιξη των μετεωρολογικών φαινομένων σε γίγαντες αερίων.