Γιατί ο εγκέφαλος βλέπει ομορφιά στα μαθηματικά. Why the brain sees maths as beauty

To many people math is work, often times hard work. Yet for those who appreciate the beauty of mathematics it can activate the same part of the brain that can appreciate great art or music. To those math lovers an aesthetically pleasing formula is art, and this now suggests that there could be a neurobiological basis to beauty. Thus beauty is truly in the eyes of the beholder, and researchers from University College London, Imperial College London and the University of Edinburgh have found that this could include a beautiful face, a picturesque landscape or a great symphony, but it could also be a mathematical formula as well. The findings of this study were published in the open-access journal Frontiers in Human Neuroscience. Image Credit: Thinkstock.com

Σε μερικούς ανθρώπους δεν υπάρχει διαφορά είτε βλέπουν έναν πίνακα του Βαν Γκογκ, είτε ακούνε Μπαχ, είτε κοιτάζουν το Πυθαγόρειο Θεώρημα. Τα μαθηματικά μπορούν να γοητεύσουν κάποιον -κατά προτίμηση έναν μαθηματικό που τα καταλαβαίνει!- τόσο πολύ που να διεγερθούν οι ίδιες περιοχές του εγκεφάλου του, οι οποίες ενεργοποιούνται και στη θέα ή την ακρόαση ενός μεγάλου έργου τέχνης.

Brain scans of mathematicians have found that beauty isn't limited to music and art — an equation can be beautiful, too, given the right set of eyes. QuinnDombrowski, CC BY-SA 2.0

Αυτό διαπίστωσε μια νέα βρετανική επιστημονική έρευνα, σύμφωνα με την οποία όσοι θεωρούν πραγματικά όμορφες τις εξισώσεις, τις βλέπουν σαν αυθεντικά έργα τέχνης. Η νέα μελέτη ενισχύει τη θεωρία ότι υπάρχει μια ενιαία νευροβιολογική βάση για την ομορφιά και την αισθητική αντίληψη του ωραίου.

The hugely influential theoretical physicist Paul Dirac said: "What makes the theory of relativity so acceptable to physicists in spite of its going against the principle of simplicity is its great mathematical beauty. This is a quality which cannot be defined, any more than beauty in art can be defined, but which people who study mathematics usually have no difficulty in appreciating."

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή Σεμίρ Ζέκι του Εργαστηρίου Νευροβιολογίας Wellcome του University College του Λονδίνου, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Frontiers in Human Neuroscience» (Σύνορα στην Ανθρώπινη Νευροεπιστήμη), σύμφωνα με το BBC, χρησιμοποίησαν την τεχνική της λειτουργικής μαγνητικής απεικόνισης (fMRI) για να μελετήσουν την εγκεφαλική δραστηριότητα 15 εθελοντών μαθηματικών, την ώρα που αυτοί καλούνταν να δουν 60 μαθηματικές εξισώσεις και να τις αξιολογήσουν ως όμορφες, άσχημες ή ουδέτερες.

Η μελέτη έδειξε ότι η εμπειρία του «μαθηματικά ωραίου» καταγράφεται στην ίδια συναισθηματική περιοχή του εγκεφάλου (στον μέσο κογχομετωπιαίο φλοιό), όπου αποτυπώνεται και γίνεται η επεξεργασία του «ωραίου» στην μουσική ή τη ζωγραφική.

«Σε πολλούς από εμάς οι μαθηματικές εξισώσεις φαίνονται ξερές και ακατανόητες, όμως για έναν μαθηματικό μια εξίσωση μπορεί να ενσωματώνει την πεμπτουσία της ομορφιάς. Η ομορφιά μιας εξίσωσης μπορεί να προέρχεται από την απλότητά της, τη συμμετρία της, την κομψότητά της ή την έκφραση μιας αναλλοίωτης αλήθειας. Για τον Πλάτωνα, η αφηρημένη ποιότητα των μαθηματικών εξέφραζε το αποκορύφωμα της ομορφιάς», δήλωσε ο Σεμίρ Ζέκι.

Στην παραπάνω εξίσωση περιέχεται η μονάδα των πραγματικών αριθμών, η μονάδα των φανταστικών αριθμών, το μηδέν, ο αριθμός π και ο αριθμός e και γι’ αυτό θεωρείται ως η πιο όμορφη εξίσωση του κόσμου! Euler's identity: Does it get better than this?

Το πείραμα έδειξε ότι οι εξισώσεις που συστηματικά γεννούν την πιο έντονη αισθητική απόλαυση, είναι η ταυτότητα του Euler (eiπ +1= 0), το Πυθαγόρειο θεώρημα και οι εξισώσεις Cauchy-Riemann.

Πηγή: www.bbc.co.uk

Ο έρωτας «μαγεύει» καρδιά και μυαλό. What falling in love does to your heart and brain

Guido Reni, Amour sacré et Amour profane, Crowned love and profane Love, 1623, Huile sur Toile, 131x163 cm, Génes, Palazzo Spinola. Getting struck by Cupid's arrow may very well take your breath away and make your heart go pitter-patter this Valentine's Day, reports sexual wellness specialists at Loyola University Health System.

Τα βέλη του Έρωτα είναι ικανά να μας κόψουν την ανάσα, να κάνουν την καρδιά μας να σπάσει και το μυαλό μας να πάρει... ανάποδες στροφές, υποστηρίζουν αμερικανοί επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Loyola.

«Όταν ερωτευόμαστε, ο οργανισμός μας απελευθερώνει έναν χείμαρρο από χημικές ουσίες ευφορίας, οι οποίες πυροδοτούν συγκεκριμένες αντιδράσεις» εξηγεί η δρ Πατρίσια Μάμπι, από την Κλινική Σεξουαλικής Υγείας του Τμήματος Ψυχιατρικής και Συμπεριφορικής Νευροεπιστήμης του πανεπιστημίου. «Αυτό το εσωτερικό ερωτικό "ελιξίριο" ευθύνεται για το ροδαλό χρώμα στα μάγουλά μας, για τον ιδρώτα στις παλάμες μας, για τον αγώνα ταχύτητας της καρδιάς μας» προσθέτει η ειδικός.

Η γιορτή του έρωτα

Amor stringing his bow, Roman copy after Greek original by Lysippos. 2nd century AD.

Στο πλαίσιο του εσωτερικού «πανηγυριού» τα επίπεδα χημικών ουσιών, όπως η ντοπαμίνη, η αδρεναλίνη και η νορεπινεφρίνη, είναι υπεύθυνα για το έντονο καρδιοχτύπι, για την ταραχή και τη γλυκιά ανησυχία που συνοδεύει την εμπειρία του έρωτα.

Σύμφωνα με τους ειδικούς, μαγνητικές τομογραφίες αποδεικνύουν ότι ο έρωτας «φωτίζει» τα κέντρα απόλαυσης του εγκεφάλου. Τα ίδια σημεία του εγκεφάλου - στα οποία στην περίπτωση των ερωτοχτυπημένων αυξάνεται η ροή του αίματος - συνδέονται με ιδεοψυχαναγκαστικές συμπεριφορές.

«Ο έρωτας μειώνει τα επίπεδα σεροτονίνης, κάτι το οποίο παρατηρείται και σε άτομα που εμφανίζουν ιδεοψυχαναγκαστικές συμπεριφορές» αναφέρει από την πλευρά της η δρ Μέρι Λιν του Πανεπιστημίου Loyola. «Το γεγονός αυτό θα μπορούσε να εξηγεί γιατί όταν βρισκόμαστε στη συγκεκριμένη φάση αδυνατούμε να συγκεντρωθούμε σε οτιδήποτε άλλο εκτός από τον σύντροφό μας - τουλάχιστον στο ξεκίνημα μιας σχέσης».

Eros. Attic red-figure bobbin, ca. 470 BC–450 BC. Painter of London D 12. Éros. Bobine attique à figures rouges du Peintre de Londres D 12, v. 470–450 av. J.-C.

Ορισμένες αντιδράσεις του οργανισμού όμως στα βέλη του μικρού φτερωτού θεούλη ενδεχομένως να έχουν αρνητικές επιπτώσεις.

«Η φράση "ο έρωτας είναι τυφλός" ανταποκρίνεται πλήρως στην πραγματικότητα: στην αρχή της σχέσης μας τείνουμε να θεοποιούμε τον σύντροφό μας και μέσα από τα "ροζ γυαλιά" μας να βλέπουμε μόνο όσα θέλουμε να δούμε και όχι ολόκληρη την εικόνα του ατόμου που έχουμε πραγματικά απέναντί μας» προσθέτει η δρ Μάμπι. «Όσοι βρίσκονται έξω από τον κύκλο του πάθους ενδεχομένως να έχουν μια πιο αντικειμενική άποψη συγκριτικά με τους πρωταγωνιστές του ειδυλλίου».

Καρδούλες σε τρεις πράξεις

Red-Figure Plate with Eros. Between circa 340 and circa 320 BC. Female heads and Eros figures are common features on the vases attributed to the Ascoli Satriano Painter. His real name is unknown, and he has been named after a northern Apulian town, where many of his vases have been found. Eros is depicted as a winged youth about to place a wreath as an offering on the "cippus" (pillar) in front of him.

Οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι ο έρωτας έχει τρία διαφορετικά στάδια: τον πόθο, την έλξη και το δέσιμο ανάμεσα στους συντρόφους.

Η φάση του πόθου οφείλεται στον ορμονικό «χορό» που συνοδεύεται από την έντονη ερωτική επιθυμία. Η ροή του αίματος στα κέντρα απόλαυσης του εγκεφάλου στη φάση της έλξης συνοδεύεται από το γεγονός ότι βρίσκουμε τον σύντροφό μας ακαταμάχητο. Με την πάροδο του χρόνου η συγκεκριμένη συμπεριφορά αρχίζει να «ξεθωριάζει» και περνάμε στη φάση του δεσμού, στην οποία ο οργανισμός αναπτύσσει ανθεκτικότητα απέναντι στη διέγερση που συνοδεύεται από την απόλαυση. Οι ενδορφίνες, σε συνδυασμό με τις ορμόνες βασοπρεσσίνη και ωκυτοκίνη, πλημμυρίζουν τον οργανισμό στη συγκεκριμένη φάση, δημιουργώντας μια γενικότερη αίσθηση ευφορίας και ασφάλειας, η οποία αποτελεί τη βάση για μια μακροχρόνια υγιή σχέση.

Ο πρώτος χάρτης του Γανυμήδη. Researchers create first global map of Jupiter's largest moon Ganymede

Ο γεωολογικός χάρτης του Γανυμήδη θα βοηθήσει στην καλύτερη μελέτη του πριν φτάσει εκεί κάποια ερευνητική αποστολή. Using images from NASA's Voyager Mission (1979) and the orbital Galileo Mission (1995), researchers have created the first global geological map of Jupiter's largest moon, Ganymede.  The map was published today by the U.S. Geological Survey. Credit: USGS

Αμερικανοί επιστήμονες χρησιμοποιώντας εικόνες και δεδομένα των αποστολών Voyager και Galileo δημιούργησαν τον πρώτο γεωλογικό χάρτη του Γανυμήδη, του δορυφόρου του Δία που είναι και ο μεγαλύτερος δορυφόρος στο ηλιακό μας σύστημα.

Το «διττό» τερέν

Animation of a rotating globe of Jupiter's moon Ganymede, with a geologic map superimposed over a global color mosaic. The 37-second animation begins as a global color mosaic image of the moon then quickly fades in the geologic map.

Ο Γανυμήδης ανακαλύφτηκε από τον Γαλιλαίο μαζί με άλλους δύο δορυφόρους του Δία το 1610. Ο δορυφόρος παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον αφού πιστεύεται ότι κάτω από την παγωμένη του επιφάνεια, σε βάθος 200 χλμ, υπάρχει ένας ωκεανός με αλμυρό νερό. Ο νέος χάρτης παρουσιάζει με λεπτομέρεια τη «διττή», όπως την χαρακτηρίζουν οι ειδικοί, μορφολογία του Γανυμήδη. Η επιφάνεια του δορυφόρου αποτελείται από δύο κύριες ζώνες. Η μια ζώνη είναι πολύ παλιά και σε αυτήν υπάρχουν πολλοί κρατήρες και αρκετές σκοτεινές περιοχές.

The first map of Ganymede's surface reveals large cratered areas on the iy moon.

Το έδαφος της άλλης ζώνης είναι αρκετά νεότερο με φωτεινές περιοχές. Βασικό χαρακτηριστικό της δεύτερης ζώνης είναι ένα εκτεταμένο τόξο ρηγμάτων και ραβδώσεων που έχουν τεκτονική προέλευση χωρίς να έχουν οι επιστήμονες στη διάθεσή τους περισσότερες πληροφορίες για αυτό το γεωλογικό σύστημα.

The North polar region of Ganymede, showing the Galileo region named after the man who discovered it.

«Χαρτογραφώντας όλη την επιφάνεια του Γανυμήδη μπορούμε να απαντήσουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια τις επιστημονικές ερωτήσεις σχετικά με τον σχηματισμό αλλά και την εξέλιξή του» αναφέρει ο Γουές Πάτερσον, του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς που ήταν επικεφαλής της νέας μελέτης.

Ο Γανυμήδης

Bright young impact craters speckle the two-toned surface of Jupiter's moon Ganymede, the largest moon in the solar system, in this mosaic of images from the Galileo spacecraft. The dark brown regions probably represent Ganymede's original crust, while the lighter regions are younger terrain. The impact craters splashed out ice, which makes up most of the moon's crust, from below the surface. Credit: NASA/JPL

Ο Γανυμήδης έχει μέγεθος λίγο μεγαλύτερο από εκείνο του Ερμή και είναι το μοναδικό από τα δεκάδες φεγγάρια στο ηλιακό μας σύστημα που διαθέτει μαγνητικό πεδίο. Οι επιστήμονες πιθανολογούν ότι ο Γανυμήδης διαθέτει πυρήνα παρόμοιο με αυτόν της Γης (με κύριο συστατικό τον ρευστό σίδηρο) ο οποίος και παράγει το μαγνητικό πεδίο. Μάλιστα το μαγνητικό πεδίο του δορυφόρου είναι τόσο ισχυρό που επιτρέπει τη δημιουργία σέλαος.

The South polar region of Ganymede.

Ο Γανυμήδης διαθέτει επίσης οξυγόνο που δημιουργείται από τη διάσπαση πάγου νερού στην επιφάνειά του. «Ο Γανυμήδης είναι ιδιαίτερα ελκυστικός σε γεωλόγους, αστροβιολόγους, φυσικούς κ.α. Είναι ξεκάθαρο ότι πρόκειται για ένα ιδιαίτερα πλούσιο περιβάλλον, για τον λόγο αυτό και υπάρχει τόση ανυπομονησία σχετικά με την εξερεύνησή του» αναφέρει η Έμα Μπανς, φυσικός του Πανεπιστημίου του Λέστερ στη Βρετανία και μέλος της αποστολής Juice του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος. Σύμφωνα με τον σχεδιασμό, το σκάφος της αποστολής θα ξεκινήσει το ταξίδι του από τη Γη το 2022 για να μελετήσει από κοντά τρεις μεγάλους δορυφόρους του Δία που πιστεύεται ότι κρύβουν υπόγειους ωκεανούς με μικροβιακές ή άλλες μορφές ζωής.

Απολιθωμένος... τοκετός. Fossils reveal earliest known live birth

To εντυπωσιακό απολίθωμα όπου διακρίνεται καθαρά η... έξοδος του μικρού ιχθυόσαυρου από την κοιλιά της μητέρας του. This is the maternal specimen with three embryos. Credit: PLoS ONE, Ryosuke Motani, doi:10.1371/journal.pone.0088640

Μια εκπληκτική ανακάλυψη έκανε διεθνής ομάδα παλαιοντολόγων στην Κίνα. Εντόπισε ένα καλοδιατηρημένο απολίθωμα ιχθυόσαυρου τη στιγμή του τοκετού. 

The color-coded diagram, from the PLOS One paper, illustrates important features of the ichthyosaur fossils. Black: mother’s vertebral column (backbone); blue: mother’s pelvis and hind flipper; green: mother’s rib bones; orange: embryo inside its mother; yellow: a baby being born head-first; red: remains of the baby already born. The scale bar below the yellow skull is 1 cm (0.4 inches). Image credit: Ryosuke Motani, doi:10.1371/journal.pone.0088640.

Στο απολίθωμα διακρίνεται καθαρά ένα από τα... μωρά που μόλις έχει γεννηθεί, ένα να εξέρχεται από τη λεκάνη της μητέρας του και άλλο ένα να περιμένει την σειρά του για να ακολουθήσει τα αδέρφια του στο νερό. Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι ο τοκετός έλαβε χώρα πριν από 250 εκ. έτη και είναι το παλαιότερο εύρημα τοκετού θαλάσσιου θηλαστικού. 

An artist’s depiction of Chaohusaurus, a genus of ichthyosaur. Image credit: Nobu Tamura via Wikimedia Commons.

Οι Ιχθυόσαυροι ήταν γιγάντια όντα με τους ειδικούς να πιστεύουν ότι κατάγονται από ερπετά που ζούσαν στη στεριά τα οποία κάποια στιγμή μετανάστευσαν στη θάλασσα.

An image of two other almost-complete Chaohusaurus fossil skeletons, from the research paper in PLOS One, that were also collected from the same quarry as the birthing Chaohusaurus. The three specimens came from Majiashan, in east China’s Anhui Province. Image credit: Ryosuke Motani, doi:10.1371/journal.pone.0088640.

Η θέση των μικρών και ο τρόπος που έβγαιναν στο φως οδηγούν τους ειδικούς στην εκτίμηση ότι πιθανώς οι ιχθυόσαυροι  γεννούσαν στη στεριά ενισχύοντας έτσι την προαναφερόμενη θεωρία για την καταγωγή τους. H ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «PLoS ONE».

«Καθαρή» ενέργεια μέσω πυρηνικής σύντηξης. Fusion energy: NIF experiments show initial gain in fusion fuel

Στο τελευταίο πείραμα οι ερευνητές κατάφεραν να παραγάγουν περισσότερη ενέργεια από εκείνη που χρησιμοποίησαν. A metallic case called a hohlraum holds the fuel capsule for NIF experiments. Target handling systems precisely position the target and freeze it to cryogenic temperatures (18 kelvins, or -427 degrees Fahrenheit) so that a fusion reaction is more easily achieved. Credit: Eduard Dewald/LLNL

Αποτελεί διαχρονικό όνειρο της επιστήμης, και όχι μόνο… Η παραγωγή απεριόριστης καθαρής ενέργειας θα φέρει επανάσταση στον ανθρώπινο πολιτισμό και πολλοί επιστήμονες έχουν αφιερώσει τη ζωή τους σε αυτή την προσπάθεια. Επίκεντρο της έρευνας σε αυτόν τον τομέα είναι η εγκατάσταση NIF στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στις ΗΠΑ. Εκεί πραγματοποιούνται σχετικά πειράματα με τη χρήση πανίσχυρων λέιζερ. Στο τελευταίο πείραμα για πρώτη φορά οι ερευνητές κατάφεραν να περάσουν το λεγόμενο «κρίσιμο ορόσημο», δηλαδή να παραγάγουν περισσότερη ενέργεια από όση χρησιμοποίησαν για να πυροδοτήσουν την πυρηνική αντίδραση.

Η σύντηξη

This artist's rendering shows a NIF target pellet (the white ball) inside a hohlraum capsule with laser beams entering through openings on either end. The beams compress and heat the target to the necessary conditions for nuclear fusion to occur.

Η σύντηξη είναι η μέθοδος με την οποία ο Ήλιος παράγει την ενέργειά του και η επίτευξή της με τεχνικά μέσα αποτελεί το όνειρο των επιστημόνων εδώ και δεκαετίες αφού θα επιτρέψει την παραγωγή απεριόριστης και «καθαρής» ενέργειας. Έτσι η ανθρωπότητα θα μπορεί (θεωρητικά) να υπερκαλύπτει τις ολοένα αυξανόμενες ενεργειακές της ανάγκες με εξαιρετικά χαμηλό κόστος και χωρίς να επιβαρύνεται το περιβάλλον.

Η εγκατάσταση

A NIF technician checks the target positioner, which precisely centers the target inside the target chamber before each experiment, and serves as a reference to align the laser beams.

Το NIF (National Ignition Facility) έχει μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου και αποτελείται από 192 ξεχωριστές ακτίνες λέιζερ, η κάθε μια από τις οποίες ταξιδεύει με ταχύτητα περίπου 300 μέτρων σε ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, για να συγκλίνουν όλες ταυτόχρονα στον στόχο, δημιουργώντας θερμοκρασίες και πιέσεις που μόνο στους πυρήνες των άστρων υπάρχουν.

Τα πειράματα

Cryogenic target positioner with target. Credit: Dr. Eddie Dewald (LLNL and member of high-foot team)

Οι ερευνητές στο NIF πραγματοποιούν πειράματα στα οποία κάθε φορά στοχεύουν μικροσκοπικές κάψουλες που συνήθως περιέχουν υδρογόνο με τις 192 δέσμες λέιζερ. Η ιδέα πίσω από αυτά τα πειράματα είναι ότι η ακαριαία θέρμανση και συμπίεση του «στόχου» θα υποχρεώσει τα άτομα υδρογόνου να ενωθούν και να σχηματίσουν άτομα ηλίου, απελευθερώνοντας ταυτόχρονα μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Με απλά λόγια προσπαθούν να πραγματοποιήσουν με τεχνικά μέσα πυρηνική σύντηξη. Μέχρι σήμερα οι ερευνητές του NIF δεν είχαν καταφέρει να απελευθερώσουν σε κάποιο πείραμα περισσότερη ενέργεια από εκείνη που είχαν χρησιμοποιήσει.

Η πρώτη επιτυχία

Οι επιτελείς του NIF ανακοίνωσαν ότι πραγματοποίησαν ένα νέο πείραμα στο οποίο τα λέιζερ στόχευσαν μια κάψουλα που περιείχε δύο ισότοπα υδρογόνου (δευτέριο και τρίτιο) που είχαν εξαχθεί από νερό. Τα ισότοπα για χρονικό διάστημα μικρότερο του ενός δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου πιέστηκαν… αφόρητα ενώ ταυτόχρονα η θερμοκρασία που βίωσαν ήταν τρομερή. Σύμφωνα με τους ερευνητές οι συνθήκες αυτές είχαν ως αποτέλεσμα να παραχθεί περισσότερη ενέργεια από εκείνη που είχε χρησιμοποιηθεί.

«Είναι ένα σημαντικό βήμα στην έρευνα της σύντηξης. Είναι όμως ακόμη πολύ μακρύς ο δρόμος για την επίτευξη του τελικού στόχου» δήλωσε ο Ομάρ Χαρικέιν στέλεχος του Lawrence Livermore. Τελικός στόχος είναι η δυνατότητα «αυτοσυντήρησης» της σύντηξης που θα επιτρέψει την βιομηχανική της εκμετάλλευση για παραγωγή ανεξάντλητης καθαρής ενέργειας. Τα αποτελέσματα του πειράματος δημοσιεύονται στην επιθεώρηση «Nature».

Η δεύτερη ελπίδα

Μια ακόμη σημαντική προσπάθεια για την επίτευξη πυρηνικής σύντηξης και την παραγωγή ανεξάντλητης, καθαρής ενέργειας είναι αυτή που υλοποιείται στον Διεθνή Πειραματικό Θερμοπυρηνικό Αντιδραστήρα (ITER), ο οποίος κατασκευάζεται στο Κανταράς της Γαλλίας. Στον κεντρικό αντιδραστήρα του ITER, μαγνητικά πεδία θα συγκρατούν μετέωρη και παγιδευμένη μια ποσότητα υδρογόνου σε ακραίες καταστάσεις θερμοκρασίας και πίεσης, αρκετής για να διατηρήσει τις αντιδράσεις σύντηξης. Τα μαγνητικά πεδία είναι σήμερα η μόνη τεχνολογία που μπορεί να κρατήσει το υπέρθερμο αέριο μακριά από τα τοιχώματα του αντιδραστήρα.

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.