Videnskaben om at se kunst og farver

Under tre rejser til London i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, Claude Monet malede mere end 40 versioner af en enkelt scene:Waterloo-broen over Themsen. Monets hovedemne var ikke selve broen, imidlertid; han var mest betaget af scenens landskab og atmosfære, med sit forbigående lys, tåge, og tåge.

Otte malerier fra denne serie af London-tåger er midtpunktet i Memorial Art Gallerys udstilling Monets Waterloo Bridge:Vision and Process. En anerkendt mester i landskabsmaleri, Monet var en integreret grundlægger af den impressionistiske bevægelse, som omfavnede filosofien om at udtrykke de flygtige sanseeffekter i en scene.

Men hvordan skildrer Monet den samme scene på forskellige tidspunkter af dagen og under forskellige forhold? Og hvordan ser en beskuer en kunstners farvepenselstrøg som et sammenhængende billede, og vidt forskellige farver som den samme bro?

Med hvert af malerierne i serien, Monet manipulerer seernes opfattelse på en måde, som videnskabsmænd på det tidspunkt ikke helt forstod. I dag, forskning som den, der er udført ved University of Rochesters Center for Visual Science, grundlagt i 1963, giver indsigt i kompleksiteten af ​​det visuelle system, belyse Monets processer og forviklingerne i hans arbejde.

Hvordan arbejder vores øjne og hjerne sammen for at give os mulighed for at se farver?

Memorial Art Gallery samarbejdede med Carnegie Museum of Art og Worcester Art Museum for at analysere farvepigmenterne Monet brugt i hans Waterloo Bridges-serie. De fandt ud af, at Monet brugte en meget begrænset farvepalet i sin Waterloo Bridge-serie, men var stadig i stand til at fremkalde en bred vifte af stemninger. Hvordan gjorde han det?

Svaret involverer, hvordan vores øjne optager bølgelængder af lys, som vores hjerne fortolker, siger David Williams, professor i optik ved Rochester og direktør for Rochesters Center for Visual Science. I øjets nethinde, der er tre typer kegler:blå, som er følsom over for korte bølgelængder af lys; grøn, som er mellembølgelængdefølsom; og rød, som er langbølgelængdefølsom. Disse trikromatiske signaler "er meget enkle, alligevel er de utallige farvenuancer, som vi oplever, afledt af netop disse tre, " siger Williams, hvis laboratorium, i 1990'erne, var den første til at afbilde alle tre slags kegler i en levende menneskelig nethinde og identificere, hvordan keglerne er arrangeret.

Fra nethinden, signaler bevæger sig langs synsnerven til den visuelle cortex bagerst i hjernen. Signaler transmitteres derefter frem og tilbage mellem den visuelle cortex og andre højere niveaudele af hjernen, herunder dem, der er involveret i opmærksomhed, hukommelse, erfaring, og skævheder. Hjernens opgave er at integrere sensorisk information fra øjnene i stykker - linjer, former, og dybde – og konstruer dem til objekter og scener.

Hvordan hjernen ser farve

Hvordan blev det visuelle system så kompliceret?

For at illustrere denne kompleksitet af det menneskelige visuelle system, Duje Tadin begynder ofte sin klasse om perception ved at spørge eleverne, hvad der er sværest:matematik eller vision?

De fleste siger matematik.

"Selvfølgelig, dette er et trick spørgsmål, " siger Tadin, en professor i hjerne- og kognitionsvidenskab ved Rochester, der studerer de neurale mekanismer i visuel perception. "Matematik er sværere for os, fordi så lidt af vores hjerne er viet til det, mens omkring halvdelen af ​​hjernen er viet til perception." Tag computere, for eksempel. Computervisionsprogrammer halter stadig langt bagefter, hvad mennesker kan gøre, alligevel kan selv de mindste smartphones udføre komplekse beregninger. "Det er fordi matematik er ligetil, og der er altid et rigtigt svar, " siger Tadin. "Perception er stærkt forbundet med andre aspekter af hjernebehandling. Dine tidligere erfaringer, dine forventninger, måden du er opmærksom på, alle disse andre ting, der ikke nødvendigvis er relateret til perception, påvirker faktisk, hvordan du opfatter ting."

Menneskesyn, derefter, er "en massiv genopbygningsproces, " siger Woon Ju Park, en tidligere postdoktor i Tadins laboratorium, som hjalp med at sammensætte MAG's ledsagerudstilling Seing in Color og Black-and-White. "Dette gør vores opfattelse nogle gange anderledes end den fysiske verden, der eksisterer uden for os."

Hvordan opfatter vi 3-D-former på et 2-D-lærred?

En af måderne, hvorpå en kunstner som Monet udnytter opfattelsen er ved at male en tredimensionel scene på et todimensionelt lærred. Processen ligner, hvad øjnene og hjernen gør, Tadin siger:vores øjne er buede, men i det væsentlige bliver en tredimensionel verden projiceret - på hovedet - til en flad nethinde. Hjernen skal forbinde prikkerne, vend billedet med højre side op, og udtrække denne manglende tredje dimension. Monet "tricker" en seers hjerne ved at repræsentere elementer af lys, skygge, og kontrast til at male "illusionen" af en tredimensionel bro.

"Du ved måske, at det er en illusion, men din hjerne grupperer automatisk ting og lader dig vide, at det er en tredimensionel scene, " siger Tadin. Monet skildrer ting, der er længere væk - såsom skorstenene i Waterloo Bridges-serien - som mindre og slørere for at give en følelse af dybde. Hjernens grupperingsfunktion giver os også mulighed for at se formen af ​​en bro, flod, og skorstene, før vi ser Monets individuelle penselstrøg af farve.

"Målet med vores visuelle perception er ikke at give os et præcist billede af miljøet omkring os, men at give os det mest brugbare billede, " siger Tadin. "Og det mest nyttige og det mest nøjagtige er ikke altid det samme."

Hvordan opfatter vi lys i Monets malerier?

Belysningen af ​​en genstand, for eksempel, kan ændre opfattelsen. Det er fordi, hvad der kommer til vores øjne, når vi ser et objekt, er en kombination af både belysningen, der falder på objektet, og de iboende egenskaber af selve objektet, siger Williams. "Din hjerne har en rigtig udfordring, som er at finde ud af, hvad der er sandt om dette objekt, selvom det, der kommer til dit øje, er radikalt forskelligt afhængigt af, hvordan det er belyst."

Når du tager en genstand som et hvidt ark papir, det vil næsten altid blive fortolket som hvidt - et fænomen kendt som farvekonstans - selvom lyset, der kommer til dit øje fra papiret, vil være bemærkelsesværdigt forskelligt i farve afhængigt af, hvordan det er belyst. For eksempel, hvis du lægger papiret udenfor, det vil stadig fremstå hvidt i morgenlyset, midt på dagen, og når solen går ned, tænkte endda "hvis vi skulle foretage objektive målinger af lyset, der kommer ind i dit øje under de forskellige omstændigheder, de ville være meget forskellige, " han siger.

Selve Waterloo Bridge skifter aldrig farve, men Monet maler det ved at blande farvepigmenter, der adskiller sig i lysstyrke, nuance (en farves relative lyshed eller mørke), og intensitet (en farves mætning) for at skildre solopgang, direkte sollys, og skumring. Hjernen er i stand til at tage belysningen ind over hele scenen, integrere information, og drage slutninger. Hvis alle genstandene har en blålig afstøbning, for eksempel, hjernen er i stand til at udlede, at det højst sandsynligt er dagtimerne med en blå himmel. Hvis genstande har en rødlig afstøbning, hjernen udleder, at solnedgang højst sandsynligt nærmer sig, siger Williams. Ultimativt, "Monets arbejde understreger, hvor forskellig den samme scene kan være, alt efter hvordan den er belyst. Men enhver person med normalt farvesyn, der ser på denne serie, vil vide:broen er grå mursten, lige meget hvilket tidspunkt på dagen det er, fordi hjernen har udviklet kloge tricks til at vurdere objekters sande egenskaber på trods af det rige udvalg af belysningsforhold, vi normalt møder."

Fænomenet farvekonstans, som visionsforskere har studeret i mange år, fik udbredt opmærksomhed for flere år siden i den berygtede kjole-illusion, hvor folk, der så det samme billede af en kjole, så den som enten blå og sort eller hvid og guld. Mens selve kjolen faktisk var blå og sort, folk gjorde forskellige antagelser om, hvordan kjolen var oplyst, hvilken, på tur, føre til forskellige opfattelser af farven på selve kjolen. "Mange forskere havde indtil det tidspunkt antaget, at alle med normalt farvesyn havde nogenlunde ens opfattelser, " siger Williams. "De bemærkelsesværdige forskelle i folks fortolkning af kjolen var virkelig en øjenåbner, ingen ordspil beregnet, for mange i visionssamfundet."

En anden ting at vide om opfattelsen af ​​farve er, at den er relativ:en farve ændrer sig, når den interagerer med andre farver omkring den. Monet anvender ofte markant forskellige farver side om side, uden at blande dem, en teknik, der udnytter samtidig kontrast:den samme farve vil se anderledes ud, når den placeres ved siden af ​​forskellige farver. De grove penselstrøg, derefter, er hver "som lyspletter, der stimulerer vores øjne, " siger Park. "Seere kan bruge deres egne rekonstruktive processer i hjernen til at integrere disse plastre i sammenhængende objekter, der er meningsfulde for dem."

Mens vores øjne og hjerne arbejder på at sammensætte et sammenhængende syn på verden, en impressionistisk kunstner som Monet er i stand til at gøre det modsatte for at dekonstruere en scene til individuelle penselstrøg, hun siger. "Monet nedbryder sine perceptuelle oplevelser i forskellige grundlæggende enheder af visuel behandling, "inklusive farve og form, i stedet for at fokusere på selve broens objekt.

Hvordan ser en farveblind person eller person med syn eller hjernesygdomme på kunst?

En af de vigtigste måder at forstå, hvordan menneskesyn fungerer for at integrere dele i en helhed, er at forstå, hvad der sker, når det ikke virker. Tadin, for eksempel, arbejder for mere præcist at behandle og diagnosticere atypiske visuelle uoverensstemmelser forbundet med autisme og skizofreni.

"Vi ved, at ved skizofreni, den visuelle opfattelse ændrer sig, " siger Tadin. "En person med skizofreni kan opleve visuelle hallucinationer, men også deres behandling af indkommende sanseinformation fra øjnene er atypisk, resulterer i forskellige visuelle oplevelser, påvirker, hvordan man opfatter og skaber kunst."

Williams og hans kolleger arbejder på tilgange til at genoprette synet for blinde, enten ved at erstatte keglefotoreceptorerne, som nogle gange er ødelagt af nethindesygdom, eller ved at omdanne andre, ubeskadigede celler i nethinden - som normalt ikke er følsomme over for lys - til lysfølsomme celler, der kan erstatte keglerne. "Farveblindhed kan opfattes som en meget mild form for disse sygdomme, hvor en person mangler typisk kun en af ​​de tre kegler, der er ansvarlige for dagsyn, " siger Williams.

Hvordan farveblinde ser kunst

Der er tre hovedtyper af farveblindhed:

• En protanop er rød-grøn farveblind, mangler røde kogler, og har svært ved at skelne mellem rød, grøn, og gul; forskere forventer, at farven på deres verden varierer fra blå over hvid til gul uden opfattelse af røde og grønne farver.
• En deuteranope er rød-grøn farveblind, mangler grønne kogler og, som en protanope, forskere forventer, at farven på deres verden varierer fra blå over hvid til gul uden opfattelse af røde og grønne farver. Fordi de har kegler, der er følsomme over for rødt lys, røde genstande vil se lysere ud for deuteranopen end protanopen.
• En tritanope er blå-gul farveblind, mangler blå kegler, og har svært ved at skelne mellem blå og gul; forskere forventer, at deres verden fremstår i forskellige nuancer af rødt, hvid, og grøn.

Stadig, vi kan aldrig vide, hvad en anden person ser, en gåde, der også har forvirret filosoffer og fortsætter med at optage videnskabelig forskning i dag. Mens de fleste af os tager vision for givet som en ubevidst proces, der giver os mulighed for at indtage og fortolke information, Tadin siger, "det er meget sværere for os at studere ting, der er nemme for os."