Mensen zijn visuele wezens. Objecten die we 'mooi' of 'esthetisch' noemen, zijn een cruciaal onderdeel van onze mensheid. Zelfs de oudste bekende voorbeelden van rots- en grotkunst dienden eerder esthetisch dan utilitaire. Hoewel esthetiek vaak wordt beschouwd als een slecht gedefinieerde vage kwaliteit, gebruiken onderzoeksgroepen zoals de mijne geavanceerde technieken om het te kwantificeren - en de impact ervan op de waarnemer.
We zien dat esthetische beelden verbazingwekkende veranderingen in het lichaam kunnen veroorzaken, waaronder radicale vermindering van de stressniveaus van de waarnemer. Geschat wordt dat banen alleen al Amerikaanse bedrijven jaarlijks vele miljarden dollars kosten, dus het bestuderen van esthetiek biedt een enorm potentieel voordeel voor de samenleving.
Onderzoekers ontwarren precies wat bepaalde kunstwerken of natuurlijke scènes visueel aantrekkelijk en stressverlichtend maakt - en een cruciale factor is de aanwezigheid van de repetitieve patronen die fractals worden genoemd.
Zijn fractals de sleutel tot waarom Pollock's werk boeit? (AP Photo / LM Otero) Aangename patronen, in kunst en in de natuur
Als het gaat om esthetiek, wie kan er beter studeren dan beroemde kunstenaars? Zij zijn tenslotte de visuele experts. Mijn onderzoeksgroep volgde deze benadering met Jackson Pollock, die eind jaren veertig op het hoogtepunt van de moderne kunst kwam door verf rechtstreeks uit een blik op horizontale doeken over zijn studiovloer te gieten. Hoewel veldslagen onder Pollock-geleerden woedden over de betekenis van zijn spetterde patronen, waren velen het erover eens dat ze een organisch, natuurlijk gevoel hadden.
Mijn wetenschappelijke nieuwsgierigheid werd aangewakkerd toen ik hoorde dat veel van de objecten in de natuur fractaal zijn, met patronen die zich herhalen met steeds fijnere vergrotingen. Denk bijvoorbeeld aan een boom. Eerst zie je de grote takken uit de stam groeien. Dan zie je kleinere versies uit elke grote tak groeien. Terwijl je blijft inzoomen, verschijnen er steeds fijnere takken, tot aan de kleinste twijgen. Andere voorbeelden van fractals van de natuur zijn wolken, rivieren, kustlijnen en bergen.
In 1999 gebruikte mijn groep computerpatroonanalysetechnieken om aan te tonen dat de schilderijen van Pollock net zo fractaal zijn als patronen in natuurlijke landschappen. Sindsdien hebben meer dan 10 verschillende groepen verschillende vormen van fractale analyse op zijn schilderijen uitgevoerd. Pollocks vermogen om de fractale esthetiek van de natuur tot uitdrukking te brengen, verklaart de blijvende populariteit van zijn werk.
De impact van de esthetiek van de natuur is verrassend krachtig. In de jaren tachtig ontdekten architecten dat patiënten sneller herstelden van een operatie wanneer ze ziekenhuiskamers kregen met ramen die uitkeken op de natuur. Andere studies hebben sindsdien aangetoond dat alleen al het kijken naar foto's van natuurlijke scènes de manier kan veranderen waarop iemands autonome zenuwstelsel op stress reageert.
Zijn fractals het geheim van sommige rustgevende natuurlijke scènes? (Ronan, CC BY-NC-ND) Voor mij roept dit dezelfde vraag op die ik aan Pollock had gesteld: zijn fractals verantwoordelijk? In samenwerking met psychologen en neurowetenschappers hebben we de reacties van mensen op fractals in de natuur gemeten (met foto's van natuurlijke scènes), kunst (Pollock's schilderijen) en wiskunde (computer gegenereerde afbeeldingen) en ontdekten we een universeel effect dat we 'fractale vloeiendheid' noemden.
Door blootstelling aan het fractale landschap van de natuur hebben de visuele systemen van mensen zich aangepast om fractalen efficiënt te verwerken met gemak. We ontdekten dat deze aanpassing in veel stadia van het visuele systeem plaatsvindt, van de manier waarop onze ogen bewegen naar welke hersengebieden worden geactiveerd. Deze vloeiendheid brengt ons in een comfortzone en daarom kijken we graag naar fractals. Cruciaal is dat we EEG gebruikten om de elektrische activiteit en de huidgeleidingstechnieken van de hersenen vast te leggen om aan te tonen dat deze esthetische ervaring gepaard gaat met stressreductie van 60 procent - een verrassend groot effect voor een niet-medicamenteuze behandeling. Deze fysiologische verandering versnelt zelfs het postoperatieve herstel.
Kunstenaars voelen de aantrekkingskracht van fractals aan
Het is daarom niet verwonderlijk om te horen dat kunstenaars als visuele experts door de eeuwen heen en in vele culturen fractale patronen in hun werken hebben ingebed. Fractals zijn bijvoorbeeld te vinden in werken van Romeinen, Egypte, Azteken, Inca en Maya. Mijn favoriete voorbeelden van fractale kunst uit recentere tijden zijn onder andere Da Vinci's Turbulence (1500), Hokusai's Great Wave (1830), MC Escher's Circle-serie (1950) en, natuurlijk, de gegoten schilderijen van Pollock.
Hoewel overwegend in de kunst, vormt de fractale herhaling van patronen een artistieke uitdaging. Veel mensen hebben bijvoorbeeld geprobeerd de fractals van Pollock te vervalsen en faalden. Onze fractale analyse heeft inderdaad geholpen om nep Pollocks te identificeren in spraakmakende zaken. Recente studies van anderen tonen aan dat fractale analyse kan helpen echte en nep Pollocks te onderscheiden met een succespercentage van 93 procent.
Hoe kunstenaars hun fractals creëren, voedt het debat tussen natuur en opvoeding in de kunst: in hoeverre wordt esthetiek bepaald door automatische onbewuste mechanismen die inherent zijn aan de biologie van de kunstenaar, in tegenstelling tot hun intellectuele en culturele zorgen? In het geval van Pollock was zijn fractale esthetiek het resultaat van een intrigerende mix van beide. Zijn fractale patronen kwamen voort uit zijn lichaamsbewegingen (specifiek een automatisch proces gerelateerd aan evenwicht dat bekend staat als fractal). Maar hij bracht 10 jaar bewust door met het verfijnen van zijn giettechniek om de visuele complexiteit van deze fractale patronen te vergroten.
De Rorschach-inkttest is afhankelijk van wat u in de afbeelding leest. (Hermann Rorschach) Fractal complexiteit
Pollock's motivatie voor het continu vergroten van de complexiteit van zijn fractale patronen werd recent duidelijk toen ik de fractale eigenschappen van Rorschach inkblots bestudeerde. Deze abstracte vlekken zijn beroemd omdat mensen denkbeeldige vormen (figuren en dieren) erin zien. Ik heb dit proces uitgelegd in termen van het fractale vloeiendheidseffect, dat de patroonherkenningsprocessen van mensen verbetert. De fractale inktvlekken met een lage complexiteit zorgden ervoor dat dit proces trouwe, dwaze waarnemers ertoe bracht om beelden te zien die er niet zijn.
Pollock hield niet van het idee dat kijkers van zijn schilderijen werden afgeleid door dergelijke denkbeeldige figuren, die hij 'extra lading' noemde. Hij intuïtief verhoogde de complexiteit van zijn werken om dit fenomeen te voorkomen.
De abstract expressionistische collega van Pollock, Willem De Kooning, schilderde ook fractals. Toen bij hem de diagnose dementie werd gesteld, vroegen sommige kunstwetenschappers om zijn pensioen omdat ze bang waren dat dit de opvoedingscomponent van zijn werk zou verminderen. Maar hoewel ze een verslechtering van zijn schilderijen voorspelden, brachten zijn latere werken een rust over die ontbreekt in zijn eerdere stukken. Onlangs bleek de fractale complexiteit van zijn schilderijen gestaag te dalen naarmate hij in dementie gleed. De studie richtte zich op zeven kunstenaars met verschillende neurologische aandoeningen en benadrukte het potentieel van het gebruik van kunstwerken als een nieuw hulpmiddel voor het bestuderen van deze ziekten. Voor mij is de meest inspirerende boodschap dat kunstenaars bij het bestrijden van deze ziekten nog steeds prachtige kunstwerken kunnen maken.
Erkennend hoe kijken naar fractals stress vermindert, is het mogelijk om retinale implantaten te maken die het mechanisme nabootsen. (Nautilus-afbeelding via www.shutterstock.com) Mijn belangrijkste onderzoek richt zich op het ontwikkelen van retinale implantaten om het gezichtsvermogen van slachtoffers van netvliesaandoeningen te herstellen. Op het eerste gezicht lijkt dit doel ver weg van Pollock's kunst. Toch was het zijn werk dat me de eerste aanwijzing gaf voor fractale vloeiendheid en de rol die de fractals van de natuur kunnen spelen om de stressniveaus van mensen onder controle te houden. Om ervoor te zorgen dat mijn bio-geïnspireerde implantaten dezelfde stressvermindering veroorzaken bij het kijken naar de fractals van de natuur als normale ogen, bootsen ze nauw het ontwerp van het netvlies na.
Toen ik aan mijn Pollock-onderzoek begon, had ik nooit gedacht dat het kunstmatige oogontwerpen zou informeren. Dit is echter de kracht van interdisciplinaire inspanningen - “out of the box” denken leidt tot onverwachte maar mogelijk revolutionaire ideeën.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Richard Taylor, directeur van het Materials Science Institute en hoogleraar natuurkunde, Universiteit van Oregon
