Wetenschap

Om terug of verder te gaan binnen de lessenreeks van perceptie, klik op de pijl van het uitklapmenu onderaan deze bijles en kies de les van jouw keuze.

Wetenschappelijk onderzoek

Aan de universiteit van Utrecht, op de afdeling Fysica van de mens, wordt wetenschappelijk onderzoek gedaan naar perceptie. Er is een onderzoek bedacht om er achter te komen hoe je hersenen diepte interpreteren.

Hoe kunnen wetenschappers 'in je hersenen kijken' ?

In de loop van de evolutie zijn er verschillende diersoorten ontstaan: sommige dieren hebben hun ogen aan de zijkant van hun kop, zoals konijntjes. Andere dieren hebben hun ogen juist aan de voorzijde van hun schedel, ze hebben tegelijkertijd het vermogen ontwikkeld om diepte te zien. Hun hersenen moesten natuurlijk de twee beelden die een flinke overlap vertonen samenstellen tot één enkel beeld. Door daarbij de informatie van de stand van de oog-assen en de gevormde beelden te combineren werd het ook mogelijk om diepte in te schatten.

Een mooi voorbeeld is de Necker-kubus. Als je naar deze figuur kijkt, kijk je natuurlijk naar een stel lijntjes en wat gekleurde vlakjes op jouw platte beeldscherm. Maar je hersenen willen toch wel erg graag een kubus zien, waarschijnlijk omdat je dat zo gewend bent. Het vreemde is nu, dat het je niet lukt om een vast beeld van de kubus te krijgen: soms staat het blauwe vlakje linksboven vóór, soms links áchter. Wetenschappers noemen dit verschijnsel het 'flippen' van je perceptie.

• Probeer maar eens en kijk hoe lang het je lukt om één van beide percepties vast te houden.

Eén van de onderzoekers, Raymond van Ee, heeft onderzoek gedaan naar de perceptie van een aantal proefpersonen van de stand van een raampje. Zoals je hebt kunnen zien in de bijles over 'diepte zien' valt het nog niet mee om te schatten hoeveel graden een draadraampje gedraaid lijkt te zijn. Raymond heeft een slimme truc uitgehaald om zijn proefpersonen te testen: hij biedt tegelijkertijd twee verschillende percepties aan.

In de proefopstelling van Raymond wordt gebruik gemaakt van een donkere kamer met daarin een computer die de beelden opwekt, een beamer om ze af te beelden en een spiegel met doorzichtscherm omdat de ruimte waarin gemeten wordt vrij klein is en de proefpersonen op de juiste afstand van het scherm moeten zitten.

Door de computer wordt een afbeelding samengesteld met daarin één geel en twee rood-groen gekleurde draadraampjes.

Het gele draadraampje is over een bepaalde hoek is gedraaid door de éne kant korter te tekenen dan de andere kant. Je ziet dan een gele rechthoek die gedraaid lijkt.

De ándere figuur wordt getekend in de rood-groen afbeelding die een andere vorm laat zien, een trapezium, dat ook gedraaid lijkt te zijn.

Het effect dat je ziet lijkt wel op het gezichtsbedrog bij de 'Ames' kamer van Diepte Zien.

Als allebei de plaatjes tegelijk getoond worden ziet de proefpersoon dus twee verschillende afbeeldingen tegelijk: een gele rechthoek die gedraaid lijkt en een trapezium dat ook gedraaid lijkt. De draaiingshoek van allebei de figuurtjes kan door de computer apart ingesteld worden.

Tijdens de test wordt telkens gedurende 10 seconden een afbeelding getoond. De proefpersoon moet daarna schatten over hoeveel graden de rechthoek en het trapezium gedraaid lijken te zijn.

Probeer zelf ook maar eens een experiment:

Met een rood-groen brilletje kun je zien dat er twee verschillende percepties zijn van dit draadraampje.

• Doe de test eerst met het rode glas voor je rechteroog en kijk op ongeveer 40 cm van je beeldscherm naar de drie plaatjes. De rechterkant lijkt nu altijd dichterbij te staan en je kunt niet flippen. Als het rode glas voor het linkeroog zit heb je twee mogelijkheden: soms lijkt het of de linkerkant van het raampje aan de vóórkant zit, soms of het aan de achterkant zit. (net alsof er een plank uit de muur steekt)

De computer kan de 'hoeken' waarover de draadraampjes gedraaid worden telkens opnieuw berekenen. Het gele raampje kan bijvoorbeeld 50 graden scheef staan en het rood-groen draadraampje 75 graden. Dan krijg je hetzelfde effect als bij de Necker-kubus : soms zie je de éne stand soms de andere. Aan de proefpersonen wordt gevraagd om te schatten over welke hoek het draadraam gedraaid is.

Resultaten

De resultaten van de proefpersonen waren opmerkelijk: ze konden de hoeken waarover het rechthoekje en het trapezium afzonderlijk gedraaid leken redelijk goed schatten. Maar als beide percepties, rechthoekje en trapezium aangeboden werden werden beide schattingen bepaald door de draaiing van het trapezium.

Een resultaat van een enkele proefpersoon zie je in deze grafiek:

Bij deze meting werd het rechthoekje telkens getoond met een draaiingshoek van -75 graden. Het trapezium werd bij elke meting iets terug gedraaid van -75 graden tot + 75 graden.

De proefpersoon schatte de hoek van de rechthoek (links in het diagram) in het begin heel goed in. Hij zag ook geen verschil tussen de stand van de rechthoek en de stand van het trapezium. Hij kon dus ook niet kiezen uit twee verschillende percepties.

Toen het trapezium ongeveer tot -25 graden gedraaid was, ontstond er een conflict tussen de beide figuren: de proefpersoon had nu twee aparte percepties en kon kiezen welke hij zag. Vergelijk het maar met de Necker-kubus waar je ook kon kiezen welke kant je vóór zag.

De volgende stap, na het testen van heel veel proefpersonen, is natuurlijk het analyseren van de resultaten van deze diagrammen.

Wetenschappers willen graag een wiskundige beschrijving en proberen daarom de resultaten in een wiskundig functievoorschrift te vangen: ze proberen de resultaten te 'fitten'.

Denk bijvoorbeeld aan de ijking van een meetinstrument zoals de snelheidsmeter van een politieagent. Er worden heel veel metingen gedaan op een testbaan en alle resultaten worden in een diagram gezet. Daarna wordt er een functie bepaald die past bij de metingen. Met deze functie kan de ingebouwde computer van de lasergun dan de snelheid die bij een bepaalde meting hoort berekenen.

En toen bleek iets heel merkwaardigs: de 'gewone' functies, een rechte lijn, een parabool etc., werkten helemaal niet. Pas toen de wiskundige beschrijving die hoorde bij de kansspeltheorie van de 18e-eeuwse dominee Bayes werd toegepast, bleek het helemaal te kloppen!

Extra

De meetresultaten van het onderzoek kunnen met Bayesiaanse wiskunde goed beschreven worden. In zo'n wiskundig model zijn er dus verschillende gebeurtenissen A en B; in dit geval de perceptie van de rechthoek en die van het trapezium. Maar je moet ook rekening houden met het feit dat je hersenen wéten dat je naar een vlak scherm kijkt. De kans op één bepaalde perceptie kan direct berekend worden uit de aangeboden plaatjes. Als je de kansen op A en B combineert, dan krijg je een wiskundige waarschijnlijkheidsfunctie voor elke mogelijke stand van het rechthoekje of trapezium dus met P(A|B) /P(B). Als laatste kun je dan met een beslissingsregel voorspellen wat een proefpersoon ook werkelijk ziet.

De metingen van de 'fliptijd' tussen twee percepties lieten iets speciaals zien. Het leek erop of de opvolgende 'fliptijd' niet afhankelijk was van de voorgaand (zoals bij radioactief verval van een atoomkern: een kern 'weet' ook niet hoe lang het duurde voordat de vorige kern vervallen was...en dat levert de exponentionele wiskundige functie op voor radioactief verval).Raymond van Ee interpreteerde deze resultaten alsvolgt: in je hersenen zijn er kennelijk twee groepjes cellen die elk hun eigen perceptie hebben. In dit geval de rechthoek of het trapezium. Kennelijk is er een soort kansspel in je hersenen waarbij soms het éne groepje cellen (die van de rechthoek) en soms het andere groepje (van het trapezium) hun mening aan jouw bewustzijn kunnen doorgeven.

Dat had je vast niet gedacht: door een slimme meting van een draaiingshoek op een beeldscherm kunnen wetenschappers een uitspraak doen over de werking van de hersencellen die jouw gezichtsvermogen bepalen!

Maar kun je deze kennis dan ook toepassen?

Misschien, dat vereist natuurlijk verder onderzoek, maar Raymond denkt dat het mogelijk is, met dergelijk onderzoek van perceptie, om een manier te vinden om alléén de informatie die nodig is voor een bepaalde perceptie slim over te brengen. Vergelijk het maar met jouw MP3 of WMA spelertje: een geweldige hoeveelheid muziek is op te slaan op een kleine geheugenchip omdat van de oorspronkelijke hoeveelheid gegevens alleen dat gedeelte bewaard wordt dat je goed kunt horen. Alle 'overbodige' gegevens worden weggelaten via een ingewikkelde rekentruc van het programma dat MP3-tjes maakt.

Een soort MP3 voor films of games: je kunt dan alleen de gegevens overbrengen die je werkelijk nodig hebt voor een goede perceptie van de film of je game (en daarmee weer veel sneller spelen, of mooiere graphics maken.....).

In dit onderzoek kun je goed zien dat in de wetenschap meestal veel vakken gecombineerd worden; hier zie je de samenwerking tussen natuurkunde (metingen en signaalverwerking), wiskunde (interpretatie van de resultaten), psychologie (hoe verwerken de hersenen de aangeboden beelden) en filosofie (kun jíj zelf bepalen wat je ziet?).