Cognitieve Illusies
Zintuiglijke informatie is vaak dubbelzinnig, maar de efficiënte sturing van gedrag vereist dat we snel tot eenduidige perceptuele interpretaties komen. Om dit te doen, vullen wij de zintuiglijke informatie met vroegere kennis en ervaring van gelijkaardige situaties aan. We kunnen deze voorkennis beschouwen als “best-guess” veronderstellingen over de waarschijnlijke toestand van de wereld. Deze strategie brengt ons meestal snel tot de juiste interpretatie, maar als onze veronderstellingen verkeerd zijn, zullen onze waarnemingen fout zijn. Cognitieve illusies worden vaak verklaard in termen van dergelijke verkeerd toegepaste veronderstellingen. De term “cognitief” impliceert niet dat de veronderstellingen bewust worden gemaakt: zij zijn over het algemeen onder de radar van het bewustzijn, diepgeworteld, en zelfs onwankelbaar. Dit verklaart waarom cognitieve illusies onverminderd kunnen voortduren, zelfs nadat we weten dat we voor de gek worden gehouden. Cognitieve illusies kunnen zich voordoen bij elke zintuiglijke modaliteit, en bij percepties die gebaseerd zijn op meerdere modaliteiten, maar het gezichtsvermogen levert weer een overvloed aan voorbeelden.
Sommige opvallende visuele illusies zijn het gevolg van perceptuele standvastigheidsmechanismen. Deze constantiemechanismen houden ons normaal gesproken op de hoogte van de ware eigenschappen van voorwerpen, ongeacht veranderingen in de stimulatie die ze ons geven. Een overtuigend voorbeeld is lichtheidsconstantie, goed geïllustreerd door Adelson’s checkerboard illusie (Fig. 4A). We zullen misschien niet graag accepteren dat de tegels A en B precies dezelfde grijstint hebben omdat B ons zoveel lichter lijkt, maar onze waarneming van de lichtheid van de tegel wordt niet bepaald door de absolute hoeveelheid licht die hij weerkaatst, maar door een schatting van welk deel van het invallende licht hij weerkaatst. Tegel B lijkt in de schaduw te liggen, zodat we een lichte tegel zien die het grootste deel van zijn zwakke verlichting weerkaatst. Tegel A lijkt niet in de schaduw te liggen, dus zien we een donkere tegel die relatief minder van zijn sterkere verlichting weerkaatst. We maken soortgelijke aanpassingen voor de kleur van de lichtbron, om de oppervlakte reflectie-eigenschappen van objecten in de scene af te leiden (kleurstabiliteit). De aardbeien in Fig. 4B worden weergegeven in grijstinten, maar wij zien ze als rood omdat we ons automatisch aanpassen voor de schijnbare blauwgroene verlichting in het beeld. Dergelijke effecten illustreren het verbazingwekkende vermogen van het perceptuele systeem om grote variaties in lichtomstandigheden te compenseren.
Figuur 4. Illusies als gevolg van perceptuele constanties. (A) Dambordillusie ter illustratie van lichtheidsconstantie, gecreëerd door Edward H. Adelson. Tegel A lijkt veel donkerder dan tegel B, hoewel ze identieke grijstinten hebben. Om dit zelf te bewijzen, zie https://www.illusionsindex.org/ir/checkershadow of https://michaelbach.de/ot/lum-adelsonCheckShadow. (B) Grijze aardbeien, ter illustratie van kleurstabiliteit, gemaakt door Akiyoshi Kitaoka. De aardbeien lijken rood, hoewel ze volledig in grijstinten zijn weergegeven. (C) “De tafels omdraaien”, ter illustratie van vormstabiliteit, gemaakt door Roger N. Shepard. De twee tafelbladen lijken zeer verschillend van vorm, hoewel het ene in feite precies over het andere zou kunnen worden gelegd (zie https://michaelbach.de/ot/sze-ShepardTables). (D) De Ponzo illusie, illustratie van grootte standvastigheid. De bovenste horizontale lijn lijkt langer dan de onderste, hoewel ze even lang zijn. (E) Een variant van de Ponzo-illusie, gemaakt door Richard Wiseman. De witte busjes lijken steeds groter te worden met de afstand, hoewel ze alle drie even groot zijn binnen het beeld.
Een andere perceptuele constantheid is vormstabiliteit, die ons vermogen beschrijft om ons aan te passen aan variaties in de vorm en grootte van de beelden die op ons oog worden geprojecteerd wanneer we een object vanuit verschillende gezichtspunten zien. De optische projectie van een ronde munt op een tafel voor u is een wijde ellips, maar uw waarneming compenseert voor het verkorte perspectief, en u ziet de munt als een cirkel. Vormvastheid kan sterke illusies veroorzaken wanneer tweedimensionale (platte) beelden worden geïnterpreteerd met behulp van veronderstellingen die passen bij vaste voorwerpen. Shepard’s tafelbladen in Fig. 4C zijn identieke parallellogrammen – één zou precies op de andere kunnen worden gelegd – maar omdat we ze interpreteren als vaste voorwerpen die in de diepte anders zijn geroteerd, compenseert onze waarneming voor een verkorting van de lengte van één tafel en de breedte van de andere. Het resultaat is dat de objectief identieke tafelbladen ons radicaal verschillend voorkomen, het ene lang en smal, het andere kort en breed (Shepard, 1990).
Een aspect van vormstabiliteit is groottestabiliteit, die de neiging beschrijft van verder weg gelegen voorwerpen om in de waarneming te worden opgeschaald. Dit stelt ons in staat objecten als relatief stabiel in grootte te zien ondanks veranderingen in kijkafstand. Het optische beeld van je vertrekkende vriendin halveert naarmate ze twee keer zo ver weg is, maar je neemt niet waar dat ze krimpt; je waarneming van haar krimpende beeld wordt geleidelijk opgeschaald om te compenseren voor de toegenomen kijkafstand. Een goede manier om de kracht van deze perceptuele herschaling te begrijpen is door gedurende een minuut of twee naar een heldere lichtbron te staren, zoals de gloeilamp van een lamp. Daarna zal een donkere klodder (het negatieve nabeeld van het licht) geprojecteerd lijken te worden op elk bleek oppervlak waar je naar kijkt. De optische grootte van dit nabeeld is constant, en komt overeen met het deel van het netvlies dat aan het sterke licht is blootgesteld, maar de waargenomen grootte zal dramatisch variëren met de afstand van het oppervlak waarnaar u kijkt. De klodder zal er veel kleiner uitzien op een witte kaart die je in je hand houdt dan op een verre muur; je kunt hem zelfs zien krimpen en groeien als je de kaart van en naar je gezicht beweegt, of als je naar en van de muur loopt.
Zoals bij Shepard’s tafelbladen kan de constante grootte sterke illusies scheppen als we een plat beeld interpreteren alsof het een scène in de diepte is. Denk aan de Ponzo illusie in Fig. 4D, waarin de bovenste lijn langer lijkt dan de (identieke) lijn eronder. Een belangrijke oorzaak van dit effect kan zijn dat wij de convergerende zijlijnen zien als een projectie van parallelle lijnen in de wereld, zoals in de verte terugwijkende treinsporen. De bovenste lijn wordt dus geïnterpreteerd als verder weg en wordt dus perceptueel opgeschaald om te compenseren. Hetzelfde effect kan worden opgewekt in afbeeldingen van echte scènes door een beeldelement van de voorgrond te reproduceren op een verdere schijnbare afstand; de absurde vergroting van de witte bestelwagens in de verte in Fig. 4E toont ons in welke mate onze perceptie van grootte normaal wordt geschaald door afstand. Zelfs in sommige reële scènes kan de misinterpretatie van afstandsinformatie bijdragen tot grootte-illusies. De maan kan bijvoorbeeld veel groter lijken wanneer ze laag aan de horizon staat dan wanneer ze hoog aan de hemel staat. Deze hemelse illusie heeft mensen eeuwenlang voor een raadsel gesteld, en er zijn verschillende theorieën voorgesteld om het te verklaren (Ross en Plug, 2002). Eén suggestie is dat, wanneer de maan aan de horizon staat, er gewoonlijk tussenliggende kenmerken zoals gebouwen en bomen zijn om de afstand aan te geven, zodat de waargenomen grootte toeneemt. Een andere suggestie is dat, wanneer we de maan hoog aan een onbewolkte hemel zien, onze ogen zich op een kortere afstand concentreren en fixeren, zodat de waargenomen grootte afneemt. Maar hoewel we de schijnbare grootte van de maan gemakkelijk kunnen aangeven, zijn we ons misschien minder bewust van de afstandskenmerken die de grootte beïnvloeden. Sterker nog, als het ons rechtstreeks wordt gevraagd, schatten mensen de maan over het algemeen dichterbij in als ze aan de horizon staat, wellicht (ten onrechte) redenerend dat als ze groter lijkt, ze dichterbij moet zijn.
Bij verschillende van deze illusies, vooral wanneer we voor de gek worden gehouden door afbeeldingen, lijkt het een beetje oneerlijk om te zeggen dat we ons echt vergissen, omdat de waarneming in de echte wereld steevast juist zou zijn. Een tegel die grijs is in de schaduw zou inderdaad een lichte oppervlaktekleur hebben, een aardbei die grijs is in blauwgroen licht zou inderdaad een rode vrucht zijn, en Shepard’s tafels zouden twee heel verschillend gevormde meubelstukken zijn. Gezien het feit dat onze perceptuele systemen zich door de evolutie en in elk mensenleven hebben ontwikkeld om ons met de echte wereld vertrouwd te maken, kunnen deze waarnemingen eerder als successen dan als mislukkingen worden beschouwd. Wij zijn geoptimaliseerd om de oppervlakte-eigenschappen van voorwerpen te zien, niet de specifieke golflengten die worden weerkaatst, en om de vormen van vaste voorwerpen te begrijpen, niet de projecties op een plat vlak (wat jaren van artistieke training kan vergen). Wanneer illusies zich voordoen in reële scènes, is dat meestal omdat de scène zeer onwaarschijnlijk is of gewoon niet een scène is waarvoor ons systeem is ontworpen. Zo falen onze verfijnde mechanismen om afstanden en afmetingen te beoordelen wanneer ze worden toegepast op hemellichamen, omdat de betrokken afstanden en afmetingen zo ver buiten onze ervaring liggen, en omdat het er niet toe doet of we ze nauwkeurig waarnemen of niet. We mogen aannemen dat niemand ooit is gestorven omdat hij de grootte van de maan verkeerd heeft ingeschat.
Als we ontworpen zijn voor een actieve omgang met een aardse wereld van vaste voorwerpen, kan dit verklaren waarom we er niet omheen kunnen een diepte-interpretatie van een plaatje te zien, waar dat mogelijk is, ook al weten we dat het plaatje eigenlijk plat is. We zijn zo gewend aan perspectief en schaduw in de kunst, en aan foto’s en video, dat we gemakkelijk vergeten welke opmerkelijke illusies van diepte ze ons geven. Misschien is de belangrijkste reden waarom 3D-films, die stereoscopische diepte toevoegen aan de bioscoopervaring, nooit tot de verbeelding hebben gesproken, dat we van 2D-films al zo’n rijke diepte krijgen. Als we die bekijken, doet ons gezichtsvermogen alleen wat natuurlijk is (het analyseren van de dieptestructuur van een scène), maar met een stimulus die zeer onwaarschijnlijk van aard is (een vlakke voorstelling van een scène). Dit herhaalt het meer algemene punt over cognitieve illusies: de veronderstellingen die onze perceptuele systemen maken over de waarschijnlijke oorzaken van gewaarwordingen zijn gebaseerd op een vertrouwde wereld van vaste objecten, die zich op (meestal) voorspelbare manieren gedragen. Wanneer we geconfronteerd worden met onwaarschijnlijke situaties, waarin deze veronderstellingen niet opgaan, dan kunnen onze beste gissingen verkeerd zijn en zullen illusoire mispercepties het gevolg zijn.
Buiten het beeldvlak kunnen enkele opzienbarende illusies worden opgewekt door onwaarschijnlijke driedimensionale structuren die ons uitnodigen om hun vorm verkeerd te interpreteren. Verscheidene duivels slimme constructies werden uitgevonden door Adelbert Ames Jr. De meest gevierde hiervan is een kamer die normaal kubusvormig lijkt wanneer bekeken door een kijkgat in één muur, maar die in feite helemaal geen rechte hoeken heeft en geometrisch zo is uitgerekt dat één tegenoverliggende hoek veel verder van het oog is dan de andere (Fig. 5A). De visuele indruk is dat de tegenover elkaar liggende hoeken op gelijke afstand van elkaar liggen, zodat er geen verandering in grootte optreedt wanneer we een persoon van de ene naar de andere kant zien lopen, en hij lijkt te groeien en te krimpen terwijl hij dat doet. Een hedendaagse meester van de 3D-illusie is de wiskundige Kokichi Sugihara, die, naast andere buitengewone objecten, een reeks “magneetachtige hellingen” heeft geconstrueerd waarop ballen bergop lijken te rollen (Fig. 5B) (Sugihara, 2014). Zulke nauwgezette constructies zetten onze aannames over waarschijnlijke objectvorm zo sterk aan dat we gedwongen worden onze intuïtie te ontspannen dat ballen niet bergopwaarts rollen of dat mensen niet op magische wijze van grootte veranderen. Deze effecten komen het best tot hun recht als je ze bekijkt met één oog – of met een camera – vanuit een vaste positie, zodat het beeld precies overeenkomt met de bedoeling van de illusionist en er geen tegenstrijdige diepte-informatie beschikbaar is door binoculair zicht of door het gezichtspunt te veranderen. Zodra de toeschouwer de scène kan verkennen door er omheen te bewegen, wordt de ware dieptestructuur onthuld en wordt de betovering verbroken. Hoewel deze illusies dus driedimensionaal van opbouw zijn, ontlenen ze hun effecten uiteindelijk toch aan de platte picturale beelden die ze projecteren.
Figuur 5. (A) De Ames-kamer in de Camera Obscura en World of Illusions van Edinburgh. (B) Magneetachtige hellingen gemaakt door Kogichi Sugihara, met het ideale uitzicht voor het illusoire effect, en een zijaanzicht dat de constructie onthult. Het volledige effect kan worden geapprecieerd door https://www.youtube.com/watch?v=hAXm0dIuyug te bekijken. Andere demonstraties zijn te vinden op http://www.isc.meiji.ac.jp/∼kokichis/impossiblemotions/impossiblemotionse. (C) Een tentoonstelling van holle maskers in de Camera Obscura en World of Illusions van Edinburgh, gezien vanuit een zijaanzicht. Merk op hoe de holle maskers convex lijken te zijn, en naar de toeschouwer toe te kantelen. Voor een dynamische demonstratie, zie https://michaelbach.de/ot/fcs-hollowFace.
Meer tolerant voor meerdere perspectieven, en ook gemakkelijker op te zetten, is de holle-masker illusie. Een masker van achteren gezien ziet er helemaal niet hol uit, maar convex (naar buiten gebogen) (Fig. 5C). Deze illusoire diepte-omkering is vrij robuust, vooral als men kijkt met één oog dicht, en met het holle masker van onderaf belicht, zodat de schaduwen en lichten vallen zoals op een convex masker dat conventioneel van bovenaf wordt belicht. Zelfs met beide ogen open kan men een hol masker tot op ongeveer anderhalve meter naderen voordat het binoculaire zicht de illusie verjaagt. De gebruikelijke verklaring die hiervoor wordt gegeven, is dat we op grond van eerdere ervaringen sterk verwachten dat gezichten bol staan, zodat we ons aan deze interpretatie vastklampen. Maar verwachtingen zijn slechts een deel van het verhaal; het is ook noodzakelijk dat de beschikbare zintuiglijke signalen ruimte laten voor dubbelzinnigheid. Daarom wordt de illusie versterkt wanneer binoculaire diepte-informatie wordt gereduceerd (door één oog te sluiten, of door van een afstand te kijken) of wanneer misleidende informatie wordt toegevoegd (door de richting van de verlichting te veranderen). Indien de diepteverwijzingen voldoende dubbelzinnig zijn, kunnen illusoire omkeringen worden verkregen voor vele andere vormen, zoals holle geleivormen of draadmodellen van geometrische vormen (b.v. een draadkubus). Toch is het effect het meest robuust voor zeer vertrouwde objecten, zoals rechtopstaande gezichten, waarvan we sterk verwachten dat ze convex zijn (Hill en Johnston, 2007). Hoe sterker onze eerdere verwachtingen, hoe meer ze de neiging zullen hebben om het zintuiglijke bewijs te overstemmen, en vice versa.
Net zoals onze waarneming voortkomt uit een proces van het integreren van eerdere verwachtingen met zintuiglijk bewijs, zo moeten we bewijs uit meerdere zintuiglijke kanalen integreren. De saus die in je pan pruttelt heeft kleur en textuur, maakt zachte plofgeluiden, geeft fysieke weerstand bij het roeren, en ruikt (hopelijk) heerlijk. Deze zintuiglijke facetten vormen samen een uniforme perceptuele ervaring van koken, en zijn meer van elkaar afhankelijk dan je zou denken. Deze onderlinge afhankelijkheid kan worden aangetoond door het kunstmatig niet op elkaar aansluiten van de zintuiglijke kanalen. Onder dergelijke omstandigheden heeft de informatie van het gezichtsvermogen de neiging de andere zintuigen te overheersen. Buikspreken staat bekend als “met je stem gooien” omdat de buikspreker haar eigen stem van een andere plaats laat komen, maar de truc zit hem vooral in de precieze beheersing van wat het publiek ziet. De buikspreker verbergt haar eigen spreekbewegingen, terwijl ze een dummymond meebeweegt met de spraak om een alternatieve bron te suggereren, waar ze naar kijkt alsof het een persoon is die spreekt. Zelfs zonder zo’n ingewikkeld bedrog lokaliseren we stemmen in films automatisch naar acteurs, hoewel de geluidsinstallatie zich enkele meters van het scherm kan bevinden.
Visuele informatie kan meer doen dan alleen de waargenomen locatie van een stem verschuiven, het kan ook de spraakgeluiden die we horen een andere vorm geven. In het McGurk-effect horen we een geluidsopname van een persoon die een lettergreep herhaalt, “ba-ba”, vergezeld van een gesynchroniseerde video van een persoon die een lettergreep uitspreekt met een andere beginmedeklinker (bijv. “da-da”, “va-va”).3 De lettergreep die we horen hangt af van de spraakbewegingen die we zien, en onze auditieve waarneming verandert van “ba” naar “da” naar “va” wanneer dezelfde geluidsopname wordt gekoppeld aan verschillende video’s. Visie kan ook onze smaakindrukken veranderen, en daarom is het uiterlijk van een gerecht zo belangrijk voor de eetervaring. Groenten smaken naar verluidt verser als ze levendiger gekleurd zijn, en appelsap smaakt naar framboos als er een smaakloze rode kleurstof aan is toegevoegd. Dezelfde rode kleurstof, wanneer toegevoegd aan witte wijn, kan deskundige wijnproevers voor de gek houden door smaaknotities te rapporteren die typisch zijn voor rode wijnen (Spence, 2010). Evenzo kan ons evenwichtsgevoel letterlijk worden beïnvloed door het zicht: als we in een “schommelende kamer” worden geplaatst, waarin we op een vaste vloer staan en de muren lichtjes rond ons schommelen, zullen we voelen dat we naar een naderende muur vallen en correct achterover leunen om te compenseren (en jongere kinderen zullen typisch omvallen) (Lee en Aronson, 1974).
Multisensorische illusies hebben niet allemaal betrekking op het zicht. De perkament-huid illusie beschrijft een verontrustend effect dat geluid kan hebben op onze tastzin. Als we onze handen tegen elkaar wrijven en het geluid dat ze maken door een koptelefoon horen, maar dan zo gemixt dat de hoge frequenties worden benadrukt, zullen onze handen droog en schilferig aanvoelen. Dezelfde sonische behandeling heeft aangenamere effecten op de ervaring van het eten van chips, die als verser en knapperiger worden beoordeeld wanneer we meer hoge frequenties horen wanneer we erin bijten. Deze effecten ontstaan omdat ons perceptuele systeem bij het interpreteren van een gebeurtenis bewijs uit alle beschikbare zintuiglijke bronnen integreert en zich baseert op eerdere kennis over wat het meest waarschijnlijk is. Als het McGurk-effect of de perkament-huid-illusie verrassend lijken, komt dat vooral door een misleidende opvatting dat onze zintuigen gescheiden en onderscheiden zijn in plaats van rijkelijk vermengd in ervaring. Net als bij andere cognitieve illusies is het de vraag of het eerlijk is om deze multisensorische effecten als mislukkingen van de waarneming te beschouwen, terwijl het eigenlijk tamelijk goede gissingen zijn over het totale stimulatiepatroon.
Een multisensorische illusie die tot de verbeelding van veel onderzoekers heeft gesproken, is de rubberen hand illusie (Botvinick en Cohen, 1998). Een persoon zit voor een dummy hand die wordt geaaid en gepord door een experimentator. De andere hand van de experimentator geeft een gesynchroniseerde reeks aanrakingen en porren op de echte hand van de persoon, die verborgen is achter een afschermend scherm. De proefpersoon ziet een patroon van aanrakingen op de dummyhand en voelt de corresponderende aanrakingen. Hij weet dat de hand vals is, maar toch kan hij zich niet aan de indruk onttrekken dat hij op de een of andere manier deel uitmaakt van zijn lichaam; het samenvallen van zicht en tastzin is te onwaarschijnlijk om op een andere manier geïnterpreteerd te worden. Hoe levendig deze illusie is, blijkt duidelijk uit de automatische verdedigingsreacties van de betrokkene als hij de hand bedreigd ziet, bijvoorbeeld door een mes of een hamer. Dit is slechts één voorbeeld van een reeks “belichaamingsillusies”, waaronder opstellingen die ons het gevoel kunnen geven dat we in het lichaam van een oefenpop zitten, of een speelgoedpop zoals Barbie of Ken, of dat we buiten ons lichaam staan toe te kijken (Petkova en Ehrsson, 2008). Deze kant-en-klare herschikking van ons zelfgevoel suggereert dat zelfs dit meest persoonlijke aspect van onze perceptuele realiteit een indirecte gevolgtrekking is, de beste poging van onze hersenen om het beschikbare bewijsmateriaal te interpreteren.
Embodimentsillusies die afhankelijk zijn van de integratie van visie en tastzin kunnen meeslepend zijn, maar zijn typisch eerder beperkt omdat ze passief zijn. Als de persoon besluit een beweging te maken, maar de dummyhand voldoet daar niet aan, is dit in tegenspraak met zijn gevoel van eigendom en is de illusie voorbij. Het zou een meeslepender, actievere ervaring zijn als de persoon de dummyhand naar believen zou kunnen bewegen, en de voorwerpen die hij aanraakt zou kunnen voelen en manipuleren. Moderne virtuele realiteit, met hoge resolutie panoramisch zicht, surround geluid, en tactiele feedback handschoenen en pakken, gaat in de richting van dergelijke meeslepende ervaringen. Een voldoende geavanceerd systeem van dit type zou niet te onderscheiden zijn van een fysieke wereld; dus of onze werkelijkheid nu een illusie is of niet, een voldoende complete illusie zou onze werkelijkheid kunnen worden.