Optické iluze: jak fungují, typy a vědecké vysvětlení

Optický klam (nazývaný také zrakový klam) je klam, který zobrazuje obrazy odlišné od běžné reality. Jde o situace, kdy to, co vidíme, není přesným odrazem fyzikálního uspořádání světa — vjem neodpovídá měřitelným vlastnostem podnětu, případně nás obraz zavádí v odhadu tvarů, polohy, barvy, velikosti nebo pohybu.

Informace získané okem se zpracovávají v mozku a vytvářejí vjem. To je normální, ale v těchto případech se vjem neshoduje s fyzikálním měřením zdroje podnětu. Z tohoto rozdílu mezi „fyzikální realitou“ a „subjektivním vjemem“ plyne, proč iluze působí překvapivě a někdy i přesvědčivě.

Hlavní typy zrakových iluzí

Existují tři hlavní typy zrakových iluzí, které se liší mechanismem vzniku i charakterem výsledného vjemu:

doslovné optické klamy, které vytvářejí obrazy odlišné od objektů, které je vytvářejí.
fyziologické iluze: jsou to účinky nadměrné stimulace očí a mozku jasem, barvou, velikostí, polohou, náklonem, pohybem.
kognitivní iluze, výsledek nevědomých závěrů (mozek se rozhoduje špatně).

Ke každému typu patří různé známé příklady a různé vysvětlující principy. Doslovné iluze často využívají fyzické vlastnosti (např. stínování nebo kontury) k vytvoření „nevhodného“ obrazu. Fyziologické iluze vyplývají z vlastností nervového systému (např. post‑efekty po dlouhém pohledu na pohyb). Kognitivní iluze zase ukazují, jak předchozí zkušenost, kontext či očekávání formují to, co vnímáme.

Jak mozek vytváří vjem a proč iluze vznikají

Obecným vysvětlením většiny iluzí je způsob, jakým mozek pracuje se smyslovými daty, aby vytvořil smysluplný vjem. Významný psycholog 19. století Hermann von Helmholtz popsal vnímání jako "nevědomé závěry ze smyslových dat a minulých zkušeností". Tento přístup zdůrazňuje, že mozek nepasivně nepřijímá obraz světa, ale aktivně jej rekonstruuje.

Richard Gregory hovořil o tom, jak si mozek vytváří hypotézu o tom, co je venku, a někdy se tato hypotéza ne zcela vyplní. Jeho model vnímání je interakcí mezi údaji ze smyslových orgánů a předchozími znalostmi a zkušenostmi — vjemy jsou tedy výsledkem inferenčního procesu. Když jsou vstupní údaje nejednoznačné, mozek vyplňuje mezery podle pravděpodobností založených na minulých zkušenostech, což vede k iluzím.

Výzkumník Mark Changizi z Rensselaer Polytechnic Institute v New Yorku se domnívá, že optické iluze jsou způsobeny "nervovým zpožděním". Když světlo dopadne na sítnici, uplyne asi desetina sekundy, než mozek převede signál na vizuální vnímání světa. Vědci o tomto zpoždění vědí a diskutují o tom, jak ho lidé kompenzují. Někteří se domnívají, že náš pohybový systém nějakým způsobem upravuje naše pohyby, aby toto zpoždění vyrovnal.

Changizi tvrdí, že lidský zrakový systém se vyvinul tak, aby kompenzoval nervové zpoždění tím, že vytváří obrazy toho, co nastane za desetinu sekundy v budoucnosti. Toto předvídání umožňuje lidem reagovat na události v přítomnosti, což jim umožňuje provádět reflexivní úkony, jako je chytání letícího míče, a hladce manévrovat v davu. Iluze vznikají, když se náš mozek snaží vnímat budoucnost a tyto vjemy neodpovídají skutečnosti.

Myšlenky Helmholze, Gregoryho a Changiziho jsou v podstatě podobné. Nepřeměňujeme mechanicky smyslová data v obraz světa, jak se někteří domnívali. To, co děláme, je, že používáme mozek k tomu, abychom zjistili, na co se díváme. To zahrnuje použití paměti a logiky, i když v rychlém tempu. Tento proces je velmi dobrý, ale není spolehlivý. Když selže, vzniká nám iluze.

Neurofyziologie iluzí — co se děje v mozku

Na neurobiologické úrovni za iluzemi stojí konkrétní mechanismy:

Lateral inhibition (boční inhibice) — neurony potlačují aktivitu sousedních buněk, což zvyšuje kontrasty a ostrost hran; tento mechanismus vysvětluje například efekt Hermannovy mřížky a některé kontrastní iluze.
Receptivní pole a detektory hran — buňky v primární zrakové kůře (V1) reagují na orientaci hran a pohyb; jejich organizace může vést k chybné interpretaci tvaru nebo směru.
Specializované oblasti — oblast MT/V5 zpracovává pohyb, ventrální tok („co“) rozpoznává objekty a dorzální tok („kde/jak“) zpracovává prostor a akci; poruchy nebo specifické interakce těchto toků mohou vytvářet iluzorní dojmy.
Adaptace a vyhasnutí signálu — dlouhé vystavení určitému podnětu vede k adaptaci smyslových neuronů a následným „aftereffectům“ (např. pohybový posudek po pohledu na točící se kruh).

Příklady slavných iluzí

Některé klasické a často ukazované iluze, které ilustrují výše popsané principy:

Müller‑Lyerův klam — rovnoběžné úsečky s různými zakončeními se jeví jako rozdílné délky (kognitivní vliv kontextu a perspektivy).
Ponzo iluze — využívá lineární perspektivy; dvě stejně velké čáry se zdají rozdílné, protože horní leží v „hlubším“ kontextu.
Kanizsův trojúhelník — mozek doplňuje chybějící kontury a vidí trojúhelník, i když tam žádná čára není (princip doplňování a Gestalt).
Hermannova mřížka — v rozích mřížky se objevují šedé tečky kvůli boční inhibici.
Efekt po pohybu (motion aftereffect) — po dlouhém sledování pohybu v jednom směru se statický obraz jeví jako pohyb v opačném směru.
Ebbinghausova iluze — středový kruh v obklopení větších nebo menších kruhů mění vjem jeho velikosti.
Troxlerovo vyhasnutí — pokud fixujeme střed obrazu, periferní detaily mohou postupně zmizet z vnímání.

Teoretické rámce: predikce a Bayesovské vysvětlení

Moderní přístupy k vysvětlení iluzí často využívají koncepty jako prediktivní kódování a Bayesovská inference. Tyto modely vidí mozek jako statistický stroj, který kombinuje senzory (zjevné důkazy) s priori informacemi (očekávání, zkušenosti) a vypočítává nejpravděpodobnější vysvětlení pro přijímané podněty. Iluze pak vznikají v situacích, kdy jsou data nejednoznačná nebo klamavá a prior převažuje nad aktuálním senzorem.

Evoluční a adaptivní vysvětlení

Proč mozek dělá chyby? Z evolučního hlediska je řešení jednoduché: systém, který obvykle rychle a efektivně předpovídá svět, je výhodnější než systém, který je absolutně přesný, ale pomalý. Changiziho hypotéza o „nervovém zpoždění“ je jedním z návrhů, jak adaptace vysvětluje určité iluzorní jevy — náš systém se naučil předpovídat blízkou budoucnost, aby kompenzoval zpoždění.

Existují ovšem i kritiky: některé teorie přeceňují univerzálnost jednoho mechanismu a ne všechny iluze lze vysvětlit jediným principem. Mnohé jevy mají více příčinných vrstev — od fyziologických vlastností sítnice přes organizaci kortexu až po kulturní a zkušenostní vlivy.

Praktické využití a význam

Studium optických iluzí má praktické dopady:

v neurovědách a psychologii pomáhá mapovat, jak mozek zpracovává informace;
v umění a designu iluze slouží k vytváření estetických efektů, manipulaci s prostorem nebo pozorností;
v ergonomii a bezpečnosti pomáhá rozumět, kdy může dojít k chybnému vnímání (např. v dopravě nebo při ovládání strojů);
v technologiích (VR/AR) je znalost iluzí důležitá pro tvorbu věrohodných simulací a prevenci nechtěných efektů způsobujících nevolnost nebo dezorientaci.

Jak si iluze vyzkoušet doma

Některé jednoduché pokusy můžete vyzkoušet sami:

podívejte se na fixovaný bod uprostřed ikony s perimetrem — pozorujte Troxlerovo vyhasnutí;
sledujte několik desítek sekund točící se spirálu a poté se podívejte na statický obrázek — uvidíte pohybový aftereffect;
porovnejte stejnou délku čar v různých kontextech (Ponzo, Müller‑Lyer) a uvědomte si sílu kontextu;
zkuste kreslit to, co „vidíte“ u Kanizsova trojúhelníku — mozek skutečně doplní chybějící kontury.

Závěr

Optické iluze nám dávají jedinečný pohled do fungování mozku. Ukazují, že vnímání není prostým záznamem reality, ale aktivním procesem interpretace, který kombinuje smyslové vstupy s předchozími zkušenostmi a očekáváními. Studium iluzí propojuje psychologii, neurovědy, evoluční biologii i umění a má praktické využití v technologiích a designu. Iluze jsou tedy nejen zábavné a překvapivé, ale také cenné pro pochopení lidského vnímání.

Dlažba v bazilice svatého Jana Lateránského v Římě. Vzor vytváří iluzi trojrozměrných políček.

Optický klam. Oba kruhy se zdánlivě pohybují, když se divákova hlava při pohledu na černou tečku pohybuje dopředu a dozadu.

Simultánní kontrastní iluze. Pozadí je barevný gradient a přechází z tmavě šedé do světle šedé. Vodorovný pruh vypadá, že přechází ze světle šedé do tmavě šedé, ale ve skutečnosti je jen jednobarevný.

Trojúhelník Kanizsa

Žluté čáry jsou stejně dlouhé. Pro vysvětlení klikněte na název v dolní části obrázku.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to optický klam?

Odpověď: Optický klam je vizuální obraz, který se liší od skutečnosti. Vzniká tehdy, když jsou informace získané okem zpracovány v mozku tak, že poskytují vjem, který neodpovídá fyzikálnímu měření zdroje podnětu.

Otázka: Jaké jsou tři hlavní typy zrakových klamů?

Odpověď: Tři hlavní typy zrakových klamů jsou doslovné optické klamy, fyziologické klamy a kognitivní klamy. Doslovné optické iluze vytvářejí obrazy, které se liší od objektů, které je vytvářejí, fyziologické iluze jsou způsobeny nadměrnou stimulací jasu, barvy, velikosti, polohy, náklonu nebo pohybu a kognitivní iluze vznikají v důsledku nevědomých závěrů, které mozek činí.

Otázka: Jak vnímáme věci podle Hermanna von Helmholtze?

Odpověď: Podle modelu vnímání Hermanna von Helmholtze používáme mozek k tomu, abychom na základě smyslových údajů a minulých zkušeností zjistili, na co se díváme. To zahrnuje rychlé používání paměti a logiky, které však někdy může selhat a vést k iluzi.

Otázka: Co si Richard Gregory myslí o tom, jak náš mozek vnímá věci?

Odpověď: Richard Gregory se domnívá, že náš mozek vytváří hypotézu o tom, co je venku, na základě smyslových údajů a předchozích znalostí a zkušeností, což může někdy vést k chybným rozhodnutím, jejichž výsledkem je iluze.

Otázka: Co podle Marka Changiziho způsobuje optické iluze?

Odpověď: Mark Changizi se domnívá, že k optickým klamům dochází v důsledku "nervového zpoždění", kdy světlo dopadá na sítnici, ale trvá jednu desetinu sekundy, než ho mozek převede na zrakový vjem. Domnívá se, že lidé se vyvinuli tak, že toto nervové zpoždění kompenzují vytvářením představ o tom, co se stane v jedné desetině sekundy v budoucnosti, což může někdy vést k nesprávnému vnímání, které vede k iluzi.

Otázka: Jak vědci vysvětlují většinu případů iluzorních jevů?

Odpověď: Vědci obecně vysvětlují většinu případů iluzorních jevů tak, že jsou způsobeny tím, jak náš mozek pracuje se smyslovými údaji, aby vytvořil smysluplné vjemy, které mohou být někdy nesprávné, což vede k tomu, že vidíme něco jiného, než je skutečnost, a vzniká tak iluze.