Naar de content

Optische illusie kost brein extra verwerkingstijd

Een digitale afbeelding van het hoofd van een persoon. De hersenen lichten rood op.
Een digitale afbeelding van het hoofd van een persoon. De hersenen lichten rood op.
Flickr.com, Ars Electronica via CC BY-NC-ND 2.0

Je ziet cirkels draaien, terwijl je wéét dat de figuur niet beweegt. Chinese neurowetenschappers ontdekten hoe je hersenen omgaan met zo’n optische illusie: ze verwerken het beeld met vertraging.

27 februari 2019

Fixeer je blik op de zwarte stip en beweeg je hoofd ernaartoe en ervan af. Je ziet de ringen roteren.

Junxiang Luo

Houd je blik gefixeerd op de zwarte stip in het midden. Beweeg dan dichter naar het figuur toe. Je ziet de cirkels tegen de klok in draaien. Beweeg je ervanaf, dan draaien ze juist met de klok mee. In werkelijkheid staan de verschillende delen van de Pinna-Brelstaff-illusie, zoals dit figuur heet, stil. We zien dus beweging die er niet is.

Onderzoekers proberen al langer op hersenniveau te achterhalen waarom dit figuur lijkt te draaien. Een groep hersenwetenschappers van de Chinese Academy of Sciences in Shanghai zette een grote stap in een studie met makaken. Ze ontdekten dat het figuur een hersengebied activeert dat verantwoordelijk is voor het detecteren van beweging. De verantwoordelijke hersencellen nemen de illusionaire beweging waar, maar wel met enige vertraging. Het werk staat deze maand in het blad JNeurosci.

Hiërarchie in het visuele brein

De informatie die je oog binnenkomt, wordt van het ene naar het andere hersengebied doorgestuurd. Het eerste hersengebied dat de informatie binnenkrijgt, is de primaire visuele hersenschors, die aan de achterkant van ons hoofd ligt, tussen de twee hersenhelften in. Deze visuele schors zendt deze signalen door naar een gebied dat meer in het midden ligt, de MT (middle temporal area), die het geheel op zijn beurt doorstuurt naar een nabijgelegen gebied met de naam MSTd (medial superior temporal dorsal area). Hoe ‘hoger’ het hersengebied ligt in de visuele hiërarchie, hoe verfijnder de interpretatie van de beelden.

Extra verwerkingstijd

Eerst liet de onderzoeksgroep, geleid door neurowetenschapper Wei Wang, zien dat makaken de optische illusie op eenzelfde manier waarnemen als mensen. Eerst trainden ze de dieren, zodat ze konden aangeven of het figuur tegen de klok in of met de klok mee draaide. Daarna volgden experimenten met metingen aan individuele zenuwcellen, via elektroden die het brein ingaan. De Chinezen lieten aapjes de illusie zien. Ondertussen maten ze de activiteit van hersencellen in twee gebieden, de MT en de MSTd. Van deze hersengebieden is bekend dat ze betrokken zijn bij het zien en verwerken van bewegende plaatjes (zie kader).

De cellen in beide gebieden reageren zowel op echte als op illusionaire bewegingen, laten de metingen zien. Wel is er een verschil: de MT verwerkt de daadwerkelijke en illusionaire beweging even snel. De MSTd, die zijn informatie doorgesluisd krijgt vanuit de MT, heeft echter wat meer tijd nodig. Het kost vijftien milliseconden extra om de illusie te verwerken, wat voor hersenactiviteit best veel is. Dit hersengebied concludeert dus met vijftien milliseconden vertraging dat er beweging is (ook al is die in werkelijkheid niet aanwezig).

Die extra verwerkingstijd laat zien hoe onze hersenen soms worstelen om perceptie en realiteit van elkaar te onderscheiden. Als er geen werkelijke beweging is, maar de input voor de MSTd voldoet aan bepaalde patronen – in dit geval de kleine blokjes waaruit de cirkels zijn opgebouwd – dan kan er een illusie ontstaan. De MSTD maakt er dan globaal een bewegend beeld van.

Kijken met je hersenen

“Wat we hiervan leren, is dat het visuele brein heel ingewikkeld in elkaar zit. De informatie die via het oog binnenkomt, wordt door onze hersenen verwerkt en soms zelfs verdraaid”, zegt Anne van Ham, die aan het Nederlands Herseninstituut zelf ook onderzoek doet naar visuele waarneming.

De ogen en het brein werken niet als een fotocamera, volgens Van Ham. “Het is niet alsof we door te kijken een ‘foto’ maken, en wat we daarop zien verwerken en beschouwen als de waarheid. Onze hersenen kunnen dingen anders zien en interpreteren, zoals in het geval bij illusies.”

Van Ham vindt dat Wang en zijn collega’s vooral mooi laten zien dat er veel hersengebieden betrokken zijn bij zien. Stapje voor stapje verwerken ze de binnenkomende visuele informatie, totdat we het beeld uiteindelijk in zijn geheel kunnen waarnemen. Of het nou de werkelijkheid weergeeft of niet.

Bron:

Junxiang Luo e.a., Going with the flow: the neural mechanisms underlying illusions of complex-flow motion, Journal of Neuroscience. Online op 18 februari 2019.

ReactiesReageer