Queste lunghe linee sono parallele. Sembra tutto fuorché parallele.
Stai guardando l’illusione di Zoellner, descritta dall’astronomo e fisico tedesco Johann Karl Friedrich Zoellner nel 1860. Diverse lunghe linee parallele attraversano la pagina. Ognuna è incrociata da una serie di brevi tratteggi obliqui · piccole linee diagonali poste, ad esempio, a 45 gradi rispetto alla linea principale. I tratteggi alternano direzione da una linea lunga alla successiva: su una linea si inclinano verso l’alto e a destra, sulla successiva verso il basso e a destra, e così via. Le linee lunghe sono rigorosamente parallele. Non sembrano parallele. Ognuna appare inclinarsi verso o lontano dalle vicine, dando all’intero pattern un aspetto a ventaglio aperto.
Cosa stai per imparare. Cos’è l’illusione di Zoellner, che ruolo svolgono i tratteggi, perché l’illusione fa parte della famiglia delle “illusioni di inclinazione” insieme a Hering e Wundt, il meccanismo corticale per l’inclinazione percepita, come si collega all’effetto obliquo e all’accordo di orientamento in V1, e il suo rapporto con i fenomeni di adattamento di orientamento che gli psicofisici sfruttano per indagare la corteccia.
Che aspetto ha l’illusione
Disegna tre o quattro lunghe linee dritte su una pagina, tutte perfettamente parallele, orizzontali. Ora attraversa ciascuna linea lunga con una serie di brevi tratteggi · piccole linee diagonali lunghe circa un quinto della linea lunga. Sulla prima linea lunga, fai inclinare i tratteggi verso l’alto a destra. Sulla seconda linea lunga, falli inclinare verso il basso a destra. Sulla terza, di nuovo verso l’alto a destra. Alterna in modo coerente.
Ora percepisci: le linee lunghe non sono più parallele. Ognuna appare inclinarsi leggermente · in particolare, si inclina nella direzione opposta a quella dei suoi tratteggi, e l’entità dell’inclinazione apparente è sufficiente a far sembrare che linee lunghe adiacenti formino un cuneo. Prendi un righello. Misura la distanza tra due linee lunghe adiacenti qualsiasi. È costante per tutta la lunghezza. Le linee sono genuinamente parallele.
La ricetta minima. Lunghe linee parallele, ognuna attraversata da brevi tratteggi obliqui a un’angolazione coerente. Alterna l’orientamento dei tratteggi tra linee lunghe adiacenti. L’angolazione ottimale dei tratteggi è di 10-30 gradi rispetto alla perpendicolare alla linea lunga · molto meno e l’effetto è debole, molto di più e collassa. Tratteggi anche solo 2 o 3 per linea lunga producono un’illusione visibile; 5-10 per linea danno la classica versione forte.
Perché funziona: contrasto di orientamento in V1
L’illusione di Zoellner appartiene alla famiglia delle illusioni di inclinazione, accanto a Hering e Wundt. Tutte e tre si basano sullo stesso meccanismo corticale: il contrasto di orientamento in V1, la corteccia visiva primaria.
I neuroni di V1 sono selettivi per l’orientamento. Ogni neurone di V1 risponde preferenzialmente a bordi a un orientamento specifico. Un neurone sintonizzato a 0 gradi (orizzontale) si attiva al massimo per bordi orizzontali, meno per bordi a 10 gradi, appena per bordi a 45 gradi.
Neuroni vicini di V1 si inibiscono a vicenda. I neuroni sintonizzati su orientamenti simili competono tra loro tramite inibizione laterale. Quando un neurone che codifica fortemente bordi a 45 gradi si attiva, sopprime i neuroni vicini che codificano bordi a 35 o 55 gradi · e questa soppressione influenza l’orientamento apparente delle linee vicine.
I tratteggi influenzano l’orientamento apparente della linea lunga. Nella figura di Zoellner, ogni linea lunga è circondata da tratteggi obliqui. La popolazione di V1 che codifica l’orientamento dei tratteggi (ad esempio 45 gradi) è fortemente attiva. Questa attività influenza la popolazione di V1 che codifica la linea lunga (0 gradi orizzontale), spingendo l’orientamento apparente della linea lunga leggermente lontano dall’orientamento dei tratteggi · una piccola inclinazione nella direzione opposta. Poiché linee adiacenti hanno tratteggi opposti, si inclinano in direzioni opposte, e le linee parallele appaiono non parallele.
La percezione dell’orientamento è un codice di popolazione. Il tuo sistema visivo non legge l’orientamento di una linea da un singolo “pixel di orientamento”. Calcola l’orientamento dai tassi di attivazione relativi di un’intera popolazione di neuroni di V1 sintonizzati su angoli diversi. Quando elementi obliqui vicini spingono un sottoinsieme di quella popolazione a un’attività elevata e altri alla soppressione, il vettore di popolazione si sposta · e l’orientamento percepito della linea bersaglio si sposta con esso. L’effetto Zoellner è questo spostamento di popolazione reso visibile.
L’angolo dei tratteggi: una curva di accordo
L’illusione di Zoellner è più forte a un’angolazione specifica dei tratteggi.
La curva di accordo dell’angolo. Tratteggi perpendicolari alla linea lunga (90 gradi): zero illusione. I tratteggi non portano alcun segnale di orientamento nella direzione della linea lunga. Tratteggi a 10-30 gradi dalla perpendicolare (cioè a 60-80 gradi dalla direzione della linea lunga): illusione moderata. Tratteggi a circa 15 gradi dalla perpendicolare (cioè a circa 75 gradi dalla linea lunga, vicini alla diagonale): illusione di picco. Tratteggi paralleli alla linea lunga (0 gradi di inclinazione): di nuovo nessuna illusione, perché ora i tratteggi codificano lo stesso orientamento della linea lunga. Il punto ottimale è nel mezzo, attorno all’orientamento in cui l’inibizione laterale di V1 è massima.
La famiglia delle illusioni di inclinazione
Zoellner si trova in una famiglia di illusioni di distorsione di orientamento che sfruttano tutte lo stesso meccanismo di V1.
La famiglia del contrasto di orientamento. Zoellner: lunghe linee attraversate da tratteggi obliqui alternati appaiono non parallele. Hering: linee parallele su uno sfondo radiale a stella appaiono incurvarsi verso l’esterno. Wundt: linee parallele con un pattern radiale invertito appaiono incurvarsi verso l’interno. Orbison: un’intera figura (quadrato, cerchio) sovrapposta a uno sfondo radiale o concentrico si distorce secondo l’orientamento locale dello sfondo. Effetto consecutivo di inclinazione: dopo un’esposizione prolungata a linee oblique, le linee verticali sembrano inclinarsi nella direzione opposta. Tutte queste sono manifestazioni del contrasto di orientamento in V1. Geometrie diverse, stesso circuito corticale di base.
Una variante più difficile
Qui sotto c’è una figura di Zoellner a difficoltà 3 · più linee, geometria dei tratteggi più marcata. Le linee lunghe appaiono drammaticamente non parallele.
Equivoco comune: “questa è un’illusione di profondità o prospettiva.” Non lo è. Zoellner non ha nulla a che fare con l’interpretazione 3D. È una pura illusione di orientamento 2D, guidata dall’inibizione laterale di V1. Puoi confermarlo appiattendo l’immagine contro il monitor e verificando che le linee siano davvero parallele · l’illusione persiste. Le illusioni di profondità e prospettiva (come l’interpretazione di Müller-Lyer in termini di angoli interni ed esterni) si comportano diversamente: dipendono dal fatto che la scena sia interpretabile come una struttura 3D. Zoellner no. Le linee si inclinano per via delle interazioni locali di orientamento 2D, punto.
L’osservazione originale di Zoellner
Johann Zoellner, principalmente astrofisico, notò l’illusione su un pezzo di stoffa a fantasia nel 1860. Pubblicò una breve nota a riguardo sugli Annalen der Physik, proponendola come un curioso fenomeno percettivo. Divenne una dimostrazione centrale nella tradizione gestaltica del XIX secolo e resta uno stimolo di riferimento nella moderna ricerca sulla percezione dell’orientamento.
Zoellner e l’astronomia. Zoellner svolse la maggior parte del suo lavoro scientifico sulla spettroscopia solare e sulla fotometria · il suo contributo alla psicologia fu quasi accidentale. Progettò un primo fotometro (il fotometro di Zoellner) per misurare l’intensità della luce stellare. Il fatto che una delle illusioni percettive più famose del XIX secolo porti il suo nome, e sia stata scoperta durante una pausa dalla ricerca astronomica, è un promemoria del fatto che i fenomeni percettivi di base spesso emergono da un’osservazione casuale piuttosto che da esperimenti pianificati.
Dove appare l’illusione di Zoellner
- Tessuti a spina di pesce. I classici intrecci a spina di pesce (pattern a chevron di strisce strette) producono distorsioni simil-Zoellner se osservati a distanza. Il tessuto nel suo insieme appare avere strisce non parallele anche quando l’intreccio è perfettamente regolare.
- Layout di circuiti stampati e microchip. Il design digitale a volte usa tracce di segnale parallele e ravvicinate con connessioni di attraversamento ortogonali o oblique. I progettisti di schede consapevoli dell’effetto Zoellner scelgono layout che minimizzino la distorsione percepita.
- Facciate architettoniche. Edifici con cornicioni orizzontali attraversati da montanti verticali a intervalli regolari possono produrre lievi effetti simil-Zoellner · i cornicioni sembrano inclinarsi. Gli architetti a volte compensano regolando la spaziatura per spezzare il pattern.
- Tipografia. Alcuni font specialistici usano elementi decorativi obliqui ripetuti che producono lievi effetti Zoellner sulla linea di base · una leggera ondulazione percepita nella riga di testo.
- Test visivi per l’elaborazione dell’orientamento. I clinici della visione a volte usano stimoli simil-Zoellner per testare specifiche disfunzioni corticali visive · un paziente la cui inibizione laterale di V1 sia atipica può mostrare una forza alterata dell’illusione di Zoellner. Fa parte del più ampio strumentario psicofisico.
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La lezione. L’illusione di Zoellner è la madre delle illusioni di contrasto di orientamento. Linee parallele lunghe attraversate da tratteggi obliqui appaiono non parallele perché i neuroni di V1 che codificano l’orientamento dei tratteggi influenzano il codice di popolazione per l’orientamento della linea lunga tramite inibizione laterale. L’illusione è una conseguenza diretta del modo in cui la tua corteccia visiva primaria rappresenta l’orientamento · come un codice di popolazione con inibizione reciproca tra orientamenti vicini. Zoellner era un astronomo che diede un’occhiata a una stoffa a fantasia e notò qualcosa di strano. Centosessantacinque anni dopo, è ancora una delle migliori dimostrazioni che abbiamo dell’elaborazione corticale dell’orientamento.
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