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Science
Les illusions d’optique qui tromperont votre cerveau
L’image ci-dessus peut aider à comprendre pourquoi le Titanic a coulé. Non, il n’y a pas d’iceberg caché dans la photo, mais un mirage qui masque une partie de la route. Selon Smithsonian magazine, la nuit où le Titanic a rencontré son destin glacé, ce même type d’illusion d’optique, provoqué par une réfraction anormale de la lumière, aurait pu se produire à grande échelle et dissimuler l’iceberg derrière un faux horizon jusqu’à ce qu’il soit trop tard.
On pourrait y voir un reproche adressé au système visuel humain. Pourtant, les mêmes mécanismes qui ont peut-être contribué à cette tragédie historique sont aussi essentiels à l’existence humaine. Comme l’a résumé le neurobiologiste Mark Changizi, « le cerveau construit en permanence des représentations, et cela vous aide à survivre. Certaines de ces constructions peuvent relever de la fiction ». Pour donner du sens à un monde confus et incertain, l’être humain s’appuie sur des yeux imparfaits et un cerveau imparfait. C’est là que les illusions d’optique entrent en scène. Et comme vous allez le voir, elles ont beaucoup à offrir.
L’illusion du masque creux repose sur nos suppositions
Le masque d’Albert Einstein ci-dessus montre que la perception est relative et qu’Einstein égale effrayant. Au premier regard, on a l’impression qu’un Einstein au regard vide vous fixe droit dans les yeux. Mais lorsque la personne qui présente la vidéo fait tourner le masque, on comprend que l’on regardait en réalité le côté creux, ou concave. En penchant le masque vers la gauche, le visage concave semble se tourner vers la droite. En l’inclinant vers le bas, Einstein lève les yeux vers vous avec ses pupilles inquiétantes et immobiles.
Ce phénomène est connu sous le nom d’illusion du masque creux, et il illustre brillamment le traitement ascendant-descendant. Selon University College London, ce traitement intervient lorsque le cerveau s’appuie sur l’expérience passée et le contexte pour interpréter les informations sensorielles. Au lieu de voir un visage creux et étrange, le cerveau prend le dessus sur les yeux et suppose qu’il s’agit d’un visage normal, orienté vers l’extérieur, donc convexe. Une version moins inquiétante du traitement ascendant-descendant se produit dans les textos, lorsqu’une faute de frappe est interprétée comme un mot qui a du sens dans son contexte.
L’illusion du masque creux a aussi servi à étudier certaines atteintes cognitives. À l’aide d’imageries cérébrales, des chercheurs britanniques et allemands ont constaté que des personnes atteintes de schizophrénie « voient au travers » de l’illusion, probablement parce que leur cerveau déconnecte ce que les yeux voient de ce que le cerveau croit voir. Les personnes sous cannabis voient également le masque creux, ce qui pourrait indiquer que le THC réduit le traitement ascendant-descendant.
La chambre d’Ames a une porte vers le Mont Doom
Sir Ian McKellen est un géant du monde du cinéma, mais il paraît encore plus imposant en Terre du Milieu, où il domine les hobbits de toute sa stature. Pour situer, IMDB indique que McKellen mesure 1,80 m, tandis que son partenaire aux pieds velus Elijah Wood mesure 1,68 m. Pourtant, dans le rôle de Frodon, Wood semble bien minuscule à côté de Gandalf. Compte tenu de la place prise par les effets de CGI dans les films modernes, on pourrait croire que les trilogies Le Seigneur des anneaux et Le Hobbit ont utilisé la magie numérique pour faire paraître Bilbon, Frodon et le type de Rudy minuscules. Mais comme le révèle la vidéo ci-dessus, la magie du cinéma était en fait une affaire de perspective.
Tout repose sur la perspective forcée. Frodon paraît plus petit uniquement parce qu’il se trouve beaucoup plus loin de Gandalf au moment du tournage, tout en étant filmé sous un angle qui masque leur véritable distance. Cosmos explique qu’il s’agit d’une application de la célèbre illusion de la chambre d’Ames. Inventées par le physiologiste de la vision Adelbert Ames dans les années 1940, les chambres d’Ames trompaient les spectateurs en leur faisant croire à une pièce rectangulaire, alors qu’en réalité « une extrémité du mur du fond est beaucoup plus proche du spectateur que l’autre, et le plafond est fortement incliné ». Le livre Sensation and Perception précise que la personne la plus proche du spectateur, comme Gandalf, semble aussi occuper davantage d’espace, ce qui la fait paraître plus grande.
L’effet Troxler peut transformer un miroir en film d’horreur
Même si vous n’avez jamais tenté le moindre tour de magie, un magicien talentueux vit déjà dans votre crâne. Vous n’y croyez pas ? Fixez l’image ci-dessus pendant une trentaine de secondes. Votre cerveau a-t-il fait disparaître ces jolies couleurs ? Vous voyez ? Ou plutôt, vous ne voyez plus ? C’est de la magie.
Cette ruse visuelle s’appelle l’effacement de Troxler, ou effet Troxler, du nom d’Ignaz Paul Vital Troxler, médecin, homme politique et philosophe suédois qui a découvert le phénomène en 1804, selon Newsweek. Les couleurs s’effacent parce que le cerveau a tendance à filtrer automatiquement les stimuli immobiles. D’un point de vue évolutif, cela a tout son sens pour repérer les prédateurs dans l’environnement. Si vous cherchez une menace en mouvement, inutile de gaspiller des ressources mentales sur quelque chose d’inerte.
L’effacement de Troxler peut jouer des tours terrifiants au cerveau. Psychology Today a décrit une étude du Dr Giovanni Caputo, de l’université d’Urbino, qui a demandé à des participants de « fixer un miroir dans une lumière faible pendant dix minutes ». Les sujets ont vu d’énormes déformations, des « êtres fantastiques et monstrueux », voire « un inconnu ». Un article de 2014 signé Caputo note que ces « illusions du visage étrange » apparaissent beaucoup plus souvent chez certaines personnes schizophrènes, qui ont tendance à croire que le reflet monstrueux est exact. De telles distorsions pourraient toutefois aussi servir de forme de thérapie pour les personnes souffrant de dysmorphophobie.
Le contraste simultané vous fera voir les choses autrement
L’idée de base du contraste simultané peut être résumée par cette blague intemporelle de Mitch Hedberg : « Je pensais faire blanchir mes dents, mais je me suis dit : “tant pis, je vais plutôt bronzer.” » Les dents de Mitch sont un peu comme les deux rectangles intérieurs ci-dessus. Ces formes ont exactement la même nuance de gris, mais le rectangle entouré de teintes sombres paraît plus clair, tandis que celui qui est entouré de tons clairs paraît plus foncé, comme on s’attendrait à voir les dents de Mitch paraître plus blanches après un bronzage, ou plus ternes s’il était plus pâle.
Selon l’Encyclopedia of Color Science and Technology, le contraste simultané a été découvert au XIXe siècle par le chimiste français Michel-Eugène Chevreul. Alors qu’il dirigeait le service de teinture d’un fabricant, il fut chargé d’examiner une plainte interne de tisserands au sujet de la qualité des colorants. Chevreul détermina que le problème ne venait pas de la teinture, mais de l’œil humain. Les couleurs semblaient simplement différentes selon leur environnement. Qu’est-ce qui provoque le contraste simultané ? Selon ThoughtCo, l’illusion découle de l’inhibition latérale, au cours de laquelle les neurones excités de la rétine freinent l’activité des neurones voisins, ce qui vous amène à percevoir des différences plus marquées entre les objets. En d’autres termes, la science.
L’effet d’étalement de von Bezold ajoute un peu de couleur à votre vie
Le monde n’est pas en noir et blanc, mais cette photographie, si. On dirait une image en couleur, mais à qui allez-vous croire : à nous ou à vos yeux menteurs ? Pour être clair, il existe bien une légère présence de couleur, mais, comme l’a expliqué Digital Spy, elle ne vient pas de la photo elle-même, mais d’une série de lignes parallèles colorées superposées à l’image. Publiée sur Twitter en 2019 par l’artiste Øyvind Kolås, cette image illustre l’effet d’étalement de von Bezold, plus couramment appelé assimilation des couleurs.
Cette illusion n’est pas nouvelle. Colour: How to Use Colour in Art and Design explique qu’au XIXe siècle, le concepteur de tapis Wilhelm von Bezold a compris qu’il pouvait modifier l’apparence entière de ses motifs en changeant une seule couleur. Plus précisément, lorsqu’il appliquait une répartition uniforme de « noir, de blanc ou d’une teinte pure (à pleine intensité) », les autres couleurs du tapis semblaient se rapprocher de la nouvelle teinte. De la même façon, la photo en noir et blanc semble reprendre les couleurs des lignes placées au-dessus d’elle.
Selon le Journal of Vision, c’est l’inverse de ce qui se produit dans le contraste simultané, qui fait apparaître les couleurs moins semblables à leur environnement. Les recherches suggèrent qu’un cadre uniforme favorise le contraste, tandis que les bandes déclenchent l’assimilation. De plus, l’épaisseur des lignes compte : des traits plus larges produisent des contrastes plus marqués.
Les images ambiguës montrent à quel point la perception est malléable
Wikipedia/YouTube
La beauté est dans l’œil de celui qui regarde, et les oiseaux comme les lapins aussi. Admirez les deux images ci-dessus. S’agit-il de lapins ou d’oiseaux ? Commençons par l’image de gauche, que Live Science décrit comme un exemple d’image ambiguë. L’illusion est apparue dans un magazine d’humour allemand en 1892, puis a servi d’outil de recherche au psychologue américain Joseph Jastrow en 1899, selon The Independent. Certaines personnes y voient un lapin regardant vers la droite, tandis que d’autres perçoivent un canard tourné vers la gauche. Jastrow a toutefois remarqué que davantage de personnes y voient un lapin à l’approche de Pâques, et un canard en octobre.
Votre interprétation d’une image ambiguë peut aussi dépendre d’une description verbale, ce qui nous amène à l’image de droite. Il s’agit d’une capture d’écran tirée d’une vidéo qui a déboussolé Internet en août 2019. CNN a rapporté qu’un scientifique norvégien avait publié la séquence avec cette légende : « Les lapins adorent qu’on leur caresse le nez. » Cette phrase aurait suffi à faire voir à beaucoup de gens un drôle de lapin se faisant frotter le museau. D’autres ont vu ce qu’il s’agissait réellement : un oiseau.
L’illusion de constance des couleurs fait mentir vos yeux en blanc
Regardez donc toutes ces succulentes fraises grises. Vous avez bien lu. Et peut-être rejoignez-vous en ce moment la cohorte des internautes sceptiques qui ont crié au trucage, persuadés que leurs yeux ne les tromperaient jamais au sujet de quelque chose d’aussi évident. Pourtant, comme l’a souligné Vice, un utilisateur de Twitter a démontré que les pixels sont gris, avec une pointe de vert.
Ce que vous observez est un élément fondamental de la perception appelé constance des couleurs. Selon Current Biology, « la constance des couleurs est la tendance des objets à paraître de la même couleur malgré des variations d’éclairage ». Les fraises continueront ainsi à paraître rouges, même si on les teinte d’un gris verdâtre, et une banane semblera rester jaune sous des éclairages variés. Des animaux non humains comme les abeilles, les poissons et les singes présentent eux aussi cette forme de vision trompeuse.
Et heureusement que ces mensonges colorés existent. Comment identifierions-nous de manière fiable les plantes et les animaux dangereux associés à des motifs de couleur spécifiques, comme le serpent corail, si vivement coloré et « hautement venimeux » ? Et imaginez un monde où les fraises changeraient radicalement de couleur selon la lumière ambiante. On y perdrait complètement son latin.
Les contours illusoires permettent de lire entre des lignes inexistantes
Le triangle inversé au centre de l’image n’existe pas. Ses bords sont entièrement dans votre tête. C’est presque comme voir un fantôme géométrique, ce qui est assez approprié puisque les formes façon Pac-Man semblent le dévorer. Les psychologues appellent cela le triangle de Kanizsa, un exemple classique de contours illusoires. ScienceDirect explique que les contours illusoires sont une réponse à certaines configurations de « figures de contour », comme ces formes noires de type Pac-Man qui semblent dessiner les coins du triangle de Kanizsa. Votre cerveau est particulièrement sélectif sur les détails. En fait, si ces mêmes Pac-Man étaient seulement des contours vides au lieu d’être noirs et pleins, vous ne verriez probablement pas de triangle inversé, car « les figures de contour non remplies n’évoquent pas efficacement des contours illusoires ».
Certains spécialistes pensent que le cerveau applique une sorte de liste de contrôle visuelle pour décider de produire ou non l’illusion. À quoi cela servirait-il ? Le livre How Animals See a mis en avant une hypothèse plausible de V. S. Ramachandran, qui a proposé que les contours illusoires fonctionnent comme un « dispositif anti-camouflage ». Un tel mécanisme semble en effet utile pour repérer des prédateurs ou des proies potentiels qui tentent de se fondre dans l’environnement. Cela pourrait aussi expliquer pourquoi des animaux très divers, notamment les abeilles, les hiboux et les chats, sont capables de percevoir des contours illusoires.
L’illusion d’entrelacement fera tourner votre cerveau en rond
Si quelqu’un voulait créer une métaphore visuelle du désespoir, elle ressemblerait peut-être à cette chaîne de cases noires et blanches alternées, qui semblent s’enrouler dans un vide gris sans fin. Mais ce que cette spirale représente vraiment, c’est la tromperie, car cette image déprimante, appelée illusion d’entrelacement, n’est pas une spirale du tout, mais une série de cercles concentriques. Alvin Raj, chercheur au MIT, a décrit la spirale illusoire comme une erreur de la vision périphérique, qui « ne suit pas précisément tous les détails visuels ». Résultat : il est plus facile de voir une spirale aux extrémités du champ visuel, tandis qu’au centre de votre regard vous percevez plus aisément un cercle.
Le linguiste anthropologue Mark Changizi a interprété l’illusion à travers les formes qu’un humain pourrait percevoir dans l’espace tridimensionnel. Il a notamment soutenu que l’inclinaison des carrés évoque davantage un motif en spirale et que les spirales du monde réel résultent souvent d’un mouvement circulaire qui s’éloigne de nous, ce que l’illusion reproduit. Il faut aussi noter que le monde réel est rempli de spirales. Le célèbre motif en spirale de Fibonacci, par exemple, se retrouve dans les ananas, les pommes de pin, les tournesols, les ouragans, les galaxies, de nombreuses coquilles animales et même les molécules d’ADN. Et puis, tirer la chasse d’eau produit aussi une spirale liquide — et peut-être une autre métaphore du désespoir.
L’illusion du quadrillage de Hermann paraît différente aux personnes diabétiques
Shutterstock
Imaginez si le carrelage de salle de bain ressemblait à cela. Les personnes phobiques des champignons passeraient des heures à essayer d’éliminer des taches de moisissure qui disparaissent et réapparaissent. Heureusement, cette illusion n’est que le fruit de l’imagination du physiologiste allemand Ludimar Hermann, qui a donné naissance à ce célèbre quadrillage en 1870, selon Inverse. Il n’y a pas de taches sombres aux intersections, seulement votre vision périphérique, chroniquement désorientée.
Comme l’explique Sensation and Perception, l’inhibition latérale est depuis longtemps l’explication de référence de l’illusion du quadrillage de Hermann. Le principe de ce processus, tel que le décrit ThoughtCo, est que les neurones de l’œil limitent l’activité des cellules voisines, renforçant ainsi les contrastes perceptifs. Cette hypothèse a même servi de base à une étude de 2002 publiée dans le *British Journal of Ophthalmology*, qui a montré que les personnes diabétiques sont moins sensibles à l’illusion du quadrillage de Hermann. Les chercheurs y voyaient la preuve que le diabète altère l’inhibition latérale et réduit la sensibilité au contraste. Mais ils travaillaient peut-être à partir d’un postulat erroné.
D’autres études ont montré que lorsqu’on présente aux participants une version modifiée du quadrillage de Hermann avec des lignes courbes, l’illusion disparaît, ce qui n’a guère de sens si l’inhibition latérale en est le moteur principal. Alors que se passe-t-il exactement ? Nous l’ignorons, mais, de façon appropriée, la réponse n’est probablement pas ce qu’elle semble être.
Les escaliers de Penrose mènent à une étrange leçon sur la perception
Nommés d’après les mathématiciens Lionel et Roger Penrose, père et fils, et rendus immortels dans la culture populaire par l’art vertigineux de M. C. Escher, les escaliers de Penrose sont un pur non-sens visuel. L’escalier ne mène qu’à lui-même, mais les marches ne font qu’augmenter. Ou, si vous voyez le verre à moitié vide, elles ne font qu’aller vers le bas. Comme l’a souligné Wired, cela est physiquement impossible dans le monde réel. Selon PLOS One, les théories de la perception en 3D supposent généralement que les escaliers trompent le cerveau parce que les objets en trois dimensions représentés sur des surfaces en deux dimensions ne fournissent pas d’informations visuelles claires sur la distance. Pourtant, en 2012, des chercheurs ont tiré une conclusion inattendue après avoir demandé à des participants d’évaluer la proximité d’objets dans une pièce virtuelle « immersive » qui s’agrandissait parfois brutalement.
En théorie, les sujets auraient dû remarquer l’agrandissement de la pièce, mais ce n’a pas été le cas. Ils se sont plutôt appuyés sur l’ordre dans lequel ils comparaient les objets pour juger de leur proximité. Le chercheur principal a observé : « Dans l’illusion de l’escalier impossible, on ne peut pas dire si le coin du fond est plus haut ou plus bas que celui de devant, car tout dépend du chemin que l’on emprunte pour y parvenir. C’est la même chose, avons-nous constaté, dans notre tâche. Cela signifie que nos propres représentations internes de l’espace doivent ressembler assez aux paradoxes d’Escher. » Fait intéressant, une étude distincte de 2011 a fourni des indices selon lesquels les signaux visuels liés à la profondeur pourraient « jouer un rôle seulement secondaire » dans la perception des objets en 3D.
Une illusion d’éléphant que vous n’oublierez jamais
Oubliez Babar et Dumbo. Il n’y a de place que pour un seul éléphant célèbre dans cet article, et c’est l’éléphant de Shepard. Regardez seulement cette grande créature aux longues pattes… combien de membres a-t-elle exactement ? Sans vouloir juger l’anatomie de cette bête aux grandes oreilles, il y a un problème. En réalité, ses caractéristiques sont impossibles.
Nature définit les objets impossibles comme des figures qui « contiennent des incohérences entre la structure globale et la structure locale : si les indices locaux sont valides, la structure globale en 3D qui en résulte est incohérente et ne suit pas les lois des objets du monde réel ». Selon l’MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences, l’éléphant de Shepard est impossible parce qu’il « confond ses pattes avec les espaces entre elles ». Toutefois, comme l’anatomie de l’animal fonctionne localement, si vous cachez les pattes supérieures, vous devriez voir quatre pieds normaux. À l’inverse, si vous cachez les pattes et les pieds inférieurs, vous verrez quatre pattes supérieures normales.
Les résultats expérimentaux suggèrent que le fait de prêter attention aux informations visuelles sur la profondeur d’un objet aide les gens à déterminer si cet objet est impossible. Les êtres humains ne semblent pas traiter spontanément ces indices de profondeur. C’est plutôt une compétence qui se construit au fil des années chez l’enfant. Une fois acquise, elle s’oublie difficilement, un peu comme l’éléphant impossible.
L’illusion d’Ebbinghaus prouve que la taille compte, et pas qu’un peu
Si vous avez déjà vu un vieux film de Godzilla dans lequel un acteur déguisé dans un costume de monstre de 90 kilos ravage une ville miniature, vous savez déjà qu’une façon de faire paraître quelque chose très grand consiste à l’entourer d’objets minuscules. Quel rapport avec l’illusion d’Ebbinghaus ? Regardez les deux cercles orange ci-dessus. Lequel est le plus grand ? Vous choisiriez probablement celui qui est entouré de petits cercles, mais c’est simplement Godzilla dans une ville à petite échelle. À l’inverse, le cercle entouré d’objets beaucoup plus grands paraît plus petit, et d’une certaine manière plus frêle. En réalité, les deux cercles orange sont identiques.
Nommée d’après le psychologue allemand Hermann Ebbinghaus, cette illusion montre non seulement comment le cerveau juge la taille d’un objet par rapport à ce qui l’entoure, mais elle pourrait aussi en dire long sur la taille du cortex visuel primaire du cerveau, ou V1. Selon National Geographic, le chercheur Samuel Schwarzkopf a constaté que les personnes dotées d’un V1 plus petit sont plus sensibles à l’illusion d’Ebbinghaus. Plus largement, ce résultat suggère qu’avoir moins de neurones consacrés au traitement de l’information visuelle pourrait rendre la perception du monde moins précise. La force de l’illusion d’Ebbinghaus varie aussi selon les cultures. Selon The Guardian, elle affecte davantage les Japonais que les habitants du Royaume-Uni. Peut-être que Godzilla, en version gonflable, paraît donc encore plus immense à Tokyo.