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Vous devriez regarder plus attentivement les illusions d’optique, car elles peuvent révéler comment vous percevez vraiment la réalité.

Les illusions d’optique, ou visuelles, montrent que notre cerveau a tendance à faire des suppositions sur le monde qu’il perçoit, et ce que vous pensez voir n’est – souvent – pas la vérité.

Tout au long de l’histoire, les cerveaux curieux se sont demandés pourquoi nos yeux étaient si facilement dupés par de simples dessins. Les illusions, nous l’avons constaté, peuvent révéler beaucoup de choses, comme la façon dont nous traitons le temps et l’espace ou bien notre expérience de la conscience. Nous allons découvrir pourquoi.

Explication des illusions d'optique

Les premières illusions d’optique

L’histoire des illusions d’optique est ancienne, au moins aussi ancienne que la Grèce Antique. En 350 avant J-C, Aristote a écrit que “nos sens peuvent être dignes de confiance, mais ils peuvent être facilement trompés”.

Il a remarqué que si vous regardez une chute d’eau, puis déplacez votre regard vers des roches statiques, ces dernières sembleront se déplacer dans la direction opposée de l’écoulement d’eau, un effet que nous appelons maintenant “mouvement à effet secondaire” ou l’illusion de cascade. Suivre le flux de l’eau semble “épuiser” certains neurones dans le cerveau tandis qu’ils s’adaptent au mouvement. Lorsque vous déplacez ensuite votre regard sur les roches, d’autres neurones viennent sur-compenser, provoquant l’illusion de mouvement dans l’autre direction.

Le véritable boom de l’étude des illusions a débuté au 19ème siècle. Une école de scientifiques qui a, entre autres, étudié la perception a créé des illusions simples pour permettre de comprendre comment le cerveau perçoit les modèles et les formes. C’est à ce moment là que des théories sont apparues, affirmant que nos yeux jouent des tours à notre cerveau.

L’illusion d’Ebbinghaus (ci-dessous), aussi appelée “cercles de Titchener”, montre par exemple les failles de notre cerveau lorsqu’il fait des jugements sur la taille en utilisant des objets adjacents. Les cercles orange ici sont en fait de même taille.

Illusion d’Ebbinghaus

Vers la même époque, l’illusion de Ponzo démontre également que le contexte est fondamental pour la perception de la profondeur. Elle montre que les traits de taille identique peuvent sembler plus ou moins grands lorsqu’ils sont placés entre des lignes parallèles convergentes. Cela explique comment notre sens de la perspective fonctionne. Comme une voie ferrée, les lignes inclinées nous font croire que la ligne supérieure est plus loin. Cela embrouille le cerveau, et il compense en faisant apparaitre la ligne du dessus plus grande, comme il faudrait qu’elle soit dans la vraie vie pour produire ce genre de proportions.

Illusion de Ponzo

Pour des raisons similaires, c’est peut-être pour cette raison que les lignes de l’illusion de Müller-Lyer semblent avoir des longueurs différentes. Les flèches à chaque extrémité viennent tromper le cerveau en donnant l’impression que les lignes sont plus courtes ou plus longues. Cette expérience démontre clairement l’influence du contexte et la mise en œuvre d’un certain nombre d’heuristiques pour accélérer les traitements de l’information dans notre cerveau. Dans notre cas, il s’agit de mécanismes utilisés pour la perception et l’interprétation des perspectives et des scènes en 3D.

Illusion de Müller-Lyer

Ce n’est pas la seule manière dont de simples lignes peuvent déformer la façon dont le cerveau traite le monde, et il n’y a pas toujours une explication rationnelle à cela. À la fin des années 1800, Hermann von Helmholtz a démontré le premier qu’un simple carré composé de lignes verticales semble plus court et plus large qu’un carré composé de lignes horizontales.

C’est pourquoi porter des vêtements à rayures horizontales fera apparaître une personne plus grande et plus mince, contrairement à ce que la mode veut bien nous imposer. Les chercheurs pensent que la raison se trouve dans la façon dont nous estimons “l’espace rempli”, mais ils ne sont toujours pas sûrs quand il s’agit de dire pourquoi cela arrive.

Illusion d'Helmholtz

Les premières illusions comme celles-ci sont apparues à un moment révolutionnaire pour l’étude de la perception. Elles étaient d’un intérêt théorique parce qu’elles allaient à l’encontre de l’opinion dominante que vous pourriez comprendre la vision si vous aviez compris la façon dont une image est formée dans l’œil. Cette période a également vu une série de tentatives erronées de trouver une théorie unificatrice des illusions.

Comme les chercheurs le découvriront plus tard, nos réactions aux illusions peuvent être encore plus compliquées que ne le pensaient les pionniers.

Le 20ème siècle : le grand siècle des illusions

Le 20ème siècle a percé de nombreux mystères sur la perception et la compréhension des illusions d’optique et des trompe-l’œil. Par exemple, des progrès technologiques ont permis à David Hubel et Torsten Wiesel de découvrir que certains neurones du cortex visuel du cerveau ne se déclenchaient que lorsque les objets étaient orientés à certains angles : ainsi, des neurones spécifiques se déclenchent lorsque vous regardez un carré et un triangle. Cette découverte leur a valu un prix Nobel en 1981.

Helmholtz

Pourtant, là où les scientifiques ont cessé de travailler sur le sujet, les artistes ont progressé…

Les illusions d’optique dans l’art

Dans les années 1960-70, les illusions ont inspiré un style appelé art optique, ou «Op-Art». Victor Vasarely est largement considéré comme le père de ce mouvement, et une partie de son travail est encore étudiée par les scientifiques d’aujourd’hui. Par exemple, la recherche utilisant son “illusion de carrés imbriqués”, semblable à l’image ci-dessous, suggère que le cerveau identifie les formes à l’aide des coins plutôt que des lignes.

Op-Art, Vasarely

Les illusions d’optique au 21ème siècle

Vers le début des années 2000, la recherche sur les illusions d’optique est réapparue, se penchant notamment sur l’étrange façon dont nos cerveaux traitent le temps.

Une école de pensée suggère que certaines illusions mettent en évidence la façon dont le cerveau essaie constamment de prédire ce qui va se passer. La théorie veut que de nombreuses illusions montrent que nous essayons de prédire l’avenir pour compenser le léger retard entre un événement et notre perception consciente de celui-ci.

La lumière de ces mots que vous lisez doit atteindre votre œil, avant qu’un signal ne se dirige vers le cerveau pour être traité. Cela prend du temps, ce qui signifie que le monde que vous percevez est légèrement dans le passé. Mark Changizi, un neurobiologiste-théoricien, croit que le cerveau peut faire des prédictions sur votre environnement afin de “percevoir le présent”.

Dans une étude, Changizi a travaillé avec Shinsuke Shimojo, du laboratoire de psychologie expérimentale Caltech en Californie. Ils ont écrit que toute une classe d’illusions géométriques classiques s’inscrit dans cette théorie, comme l’illusion de Hering.

Illusion de Hering

Ici, deux lignes droites identiques, parfaitement parallèles, semblent se courber vers l’extérieur lorsqu’elles sont disposées devant un motif radial. Cette illusion utiliserait le fait que notre cerveau “imagine” en partie ce qu’il voit. Pour bien le comprendre, il faut se rappeler que l’information visuelle voyage des yeux au cerveau en un dixième de seconde environ. La vue n’est pas immédiate, et notre encéphale essaie de composer cela. Face à l’illusion de Hering, le motif radial lui donne le sentiment que nous sommes en mouvement, en direction du centre.

Les illusions d’optique de nos jours

Aujourd’hui, la recherche sur les illusions et les effets d’optiques est de nouveau en plein essor. Les progrès technologiques permettent maintenant aux scientifiques de regarder dans notre cerveau. On commence à comprendre les mécanismes sous-jacents de la vision. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) permet désormais aux chercheurs d’analyser comment les neurones de notre cerveau réagissent aux illusions.

Par exemple, une étude menée sur des personnes observant le cube de Necker (ci-dessous) a montré que le cerveau peut “basculer” entre deux interprétations différentes, car il tente de traduire un dessin bidimensionnel en un cube tridimensionnel. En d’autres termes, cela a confirmé que le cerveau est trompé en percevant le cube comme un objet 3D. Le carré le plus à gauche est-il devant ou derrière (sur la figure du dessous) ?

Cube de Necker

Observez maintenant la grille d’Hermann : cette illusion d’optique nous fait croire à des taches grises entre les carrés noirs. Mais regardez directement l’un des points gris et il disparaît. Le cerveau adapte l’information concernant la luminosité d’une zone en fonction des zones voisines.

Grille d'Hermann

Cependant, ces progrès récents ne signifient pas que toutes les illusions peuvent être expliquées. Même cette explication de la grille d’Hermann (une illusion qui a plus de cent ans) a été contestée, puisqu’elle ne peut rendre compte du fait que l’effet change quand la grille a des lignes courbées plutôt que des lignes droites.

Les nouvelles illusions

Bien que nous savons déjà que les différentes zones du cerveau traitent la couleur, la forme, le mouvement et la texture, la façon dont le cerveau encode et combine cette information en une image cohérente demeure mal comprise. De plus, de nouvelles illusions et des variantes d’anciennes apparaissent tout le temps. Chaque année, des chercheurs en vision organisent une compétition annuelle, désormais dans sa 13ème année, pour trouver les meilleures nouvelles illusions. L’une des juges est la neuroscientifique Susana Martinez-Conde de l’Institut neurologique Barrow en Arizona. Le concours lui permet de garder un œil sur de nouvelles illusions intéressantes qui l’aideront à étudier le cerveau.

Le gagnant de l’édition de 2014 était une version dynamique de l’illusion d’Ebbinghaus. L’effet est beaucoup plus fort. Tout comme l’original, l’illusion met en évidence que le cerveau perçoit toujours la taille des objets dans le contexte de ceux qui les entourent. Mais si vous modifiez continuellement ce contexte, l’effet devient encore plus fort.

Susana Martinez-Conde s’appuie maintenant sur le travail de certains des chercheurs du XIXe siècle. C’est Helmholtz, par exemple, qui s’est aperçu en premier que nos yeux font des mouvements rapides appelés saccades.

Pour en faire l’expérience, mettez doucement un doigt sur votre paupière et déplacez votre œil. Nous ne remarquons pas que notre œil agit de cette manière parce que notre cerveau lisse les choses en construisant ce que nous voyons.

Martinez-Conde s’est rendu compte que ces saccades pourraient aider à expliquer pourquoi nous voyons le mouvement dans l’image ci-dessous, l’illusion des serpents tournants.

Illusion des serpents tournants

C’est ce qu’on appelle le mouvement apparent. L’illusion des serpents tournants se produit parce qu’il y a trop d’informations qui viennent “frapper” les différentes parties de notre rétine en même temps. Tous ces détails sont envoyés à notre cortex visuel en une seule fois, et la confusion résultante trompe le cerveau en pensant que le mouvement a lieu.

Cela se produit également dans le monde réel lorsque nous sommes dans un objet en mouvement rapide comme un train, par exemple. Evidemment, des IRM ont montré que les mêmes neurones qui répondent au mouvement répondent lorsque nous regardons l’image ci-dessus. Martinez-Conde et ses collègues ont constaté que la suppression de ces saccades chez les personnes interrompt momentanément l’illusion. Pourquoi ? Elle croit que c’est parce que, à chaque saccade, l’image de la rétine est “rafraîchie”, et cela submerge le cortex visuel à nouveau avec une nouvelle séquence. Si vous arrêtez le mouvement de l’œil, cependant, le cerveau s’adapte et le mouvement apparent s’arrête.

Activité du cerveau lors d'une illusion

Toutes ces recherches font ressortir une chose : notre système visuel reste trop limité pour s’attaquer à toutes les informations que nos yeux encaissent. “Pour cela, notre cerveau aurait besoin d’être plus grand qu’un bâtiment, et ce ne serait toujours pas suffisant”, affirme Martinez-Conde.

Et donc nos cerveaux prennent des raccourcis. Comme lors du pari pour le meilleur cheval dans une course, notre cerveau choisit constamment l’interprétation la plus probable de ce que nous voyons. Voir, donc, n’est certainement pas toujours croire.

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