De afbeelding hierboven, "Een zondagmiddag op het eiland La Grande Jatte", werd in 1884 geschilderd door de Franse kunstenaar Georges Seurat. De zwarte lijnen die het doorkruisen, zijn niet het werk van een peuter die chaos veroorzaakt met een permanente marker, maar dat van neurowetenschapper Robert Wurtz van het National Eye Institute in de Verenigde Staten. Tien jaar geleden vroeg hij een collega om naar het schilderij te kijken terwijl hij een contactlens droeg, zoals een apparaat dat de oogbewegingen van de collega registreerde. Deze werden vervolgens vertaald in de graffiti die je hier ziet.
Kunstliefhebbers kunnen ineenkrimpen, maar het is waarschijnlijk dat Seurat geïntrigeerd zou zijn door deze uitbreiding van zijn werk. De beweging die Seurat op gang bracht met dit schilderij - Neo-impressionisme - liet zich inspireren door de wetenschappelijke studie van hoe onze visie werkt. Vooral invloedrijk was het baanbrekende onderzoek van Hermann von Helmholtz, een Duitse arts, natuurkundige en filosoof en auteur van een baanbrekend boek uit 1867, Handbook of Physiological Optics, naar de manier waarop we diepte, kleur en beweging waarnemen.
Een van de vragen die Helmholtz en mogelijk Seurat bezighielden, is waarom we de constante oogbewegingen die we maken tijdens het scannen van onze omgeving (of een geschilderde weergave ervan) niet waarnemen. Overweeg dat de bovenstaande lijnen in slechts drie minuten werden getekend. Als we al die bewegingen zouden zien terwijl we ze maakten, zou onze kijk op de wereld een waas zijn van constante beweging. Zoals Wurtz en zijn Italiaanse collega's Paola Binda en Maria Concetta Morrone in twee artikelen in het Jaaroverzicht van Vision Science uitleggen, weten we veel waarom dat niet gebeurt - en nog meer om te leren.
Een korte film van een oog dat saccades maakt, getoond in slow motion. (Weekend Way via Giphy) Beginnend met de basis: de enige dingen die we ooit kunnen hopen te zien zijn die licht naar onze ogen sturen of reflecteren, waar het misschien het netvlies raakt, een laag zenuwweefsel die de achterste tweederde van de binnenste oogbol bedekt . Daar wordt het complexe beeld van waar we ook naar kijken eerst vertaald in activiteit van individuele lichtgevoelige fotoreceptorcellen. Dit patroon wordt vervolgens doorgegeven aan verschillende neuronen in het netvlies die specifiek reageren op bepaalde kleuren, vormen, oriëntaties, bewegingen of contrasten. De signalen die ze produceren, worden via de oogzenuw naar de hersenen gestuurd, waar ze worden geïnterpreteerd en weer worden samengevoegd in een progressie van gespecialiseerde gebieden in de visuele cortex.
Maar om alle informatie die ons netvlies bereikt te verzenden met de resolutie die we gewend zijn, zou een optische zenuw nodig zijn met ongeveer de diameter van de slurf van een olifant. Omdat dat nogal onhandig zou zijn, biedt slechts één klein deel van het netvlies - de fovea - dit soort resolutie. Dus om alle interessante kenmerken van onze omgeving hun moment in de schijnwerpers te gunnen, bewegen we onze ogen - veel - in pijlen die wetenschappers saccades noemen. (Frans voor 'eikels', het woord werd bedacht in 1879 door de Franse oogarts Émile Javal.) Saccades worden geleid door waar we op letten, hoewel we ons er vaak gelukzalig van bewust zijn.
Deze illustratie met de basisstructuur van het oog laat zien waar de fovea - waar afbeeldingen in hoge resolutie worden weergegeven - zich bevindt. Met oogschokken die bekend staan als saccades, kunnen verschillende delen van een scène in het gezichtsveld van de fovea komen. (Cancer Research UK / Wikimedia Commons / Knowable Magazine) Er zijn een aantal redenen waarom deze bewegingen onze kijk op de wereld niet transformeren in een waas van beweging. Een daarvan is dat de meest verschillende dingen in ons gezichtsveld ons blind kunnen maken voor andere prikkels die vluchtig en zwak zijn: objecten die duidelijk zichtbaar zijn wanneer onze ogen niet bewegen, maken waarschijnlijk een levendiger indruk dan de wazigheid in tussen. Wetenschappers noemen dit fenomeen visuele maskering en men denkt dat het heel gebruikelijk is in situaties in de praktijk waar tegelijkertijd veel gebeurt.
Als wetenschappers experimenten opzetten op een manier die deze visuele maskering vermijdt, onthult het dat onze hersenen de minder opvallende dingen kunnen waarnemen. Dit kan worden gedaan, legt Morrone uit, door mensen alleen maar vage en kortstondige visuele prikkels te tonen op een verder lege achtergrond. Onder deze omstandigheden kunnen verrassende dingen gebeuren. Wanneer onderzoekers een beweging maken die erg lijkt op wat we normaal zouden waarnemen als we een saccade maken, door snel een spiegel voor de ogen van mensen te bewegen, melden deze mensen beweging te zien - en ze vinden het vaak nogal verontrustend. Omdat we onze constante saccades niet opmerken, suggereert dit dat de hersenen specifiek de signalen onderdrukken die ons netvlies bereiken terwijl een saccadische oogbeweging bezig is. En inderdaad, experimenten hebben aangetoond dat als er iets tijdens een saccade verschijnt, we het misschien helemaal missen.
Maar onderdrukking verklaart niet voldoende waarom het beeld in onze geest zo stabiel is. Als we onze omgeving vanuit de ene hoek zouden zien, dan niets zouden zien en het dan plotseling vanuit een andere hoek zouden zien, zou dat nog steeds verontrustend zijn. In plaats daarvan, zoals Wurtz en anderen hebben aangetoond, gebeurt er een soort remapping voordat we onze ogen bewegen. In experimenten met makaken die zijn getraind om voorspelbare saccades te maken, schakelden hersencellen die signalen van een bepaalde plek in het netvlies ontvangen, niet meer op dingen die op dat moment in beeld waren op dingen die pas na de saccade zouden verschijnen. En dat gebeurde voordat de apen hun ogen bewogen. Op deze manier wordt volgens Wurtz het huidige beeld geleidelijk vervangen door het toekomstige.
Dus hoe weten deze hersencellen van tevoren dat er een saccade op komst is? Wetenschappers hebben vele jaren de theorie genomen dat dit vereist dat ze een extra signaal van het hersengebied zouden ontvangen dat het commando voor oogbeweging geeft. En ze hebben aangetoond dat dergelijke signalen voorkomen en aankomen in delen van de hersenen die betrokken zijn bij de coördinatie van wat we zien en waar we vervolgens zullen kijken. Wurtz en anderen geloven dat dit soort signalen hersencellen een duwtje geeft om te reageren op dingen die hun deel van het netvlies pas na de saccade zal zien.
Georges Seurat was, samen met andere kunstenaars van zijn tijd, geïnteresseerd in de werking van menselijke visuele perceptie. (Wikimedia Commons / Public Domain / Gif by Knowable) Dit alles zal zeer waarschijnlijk bijna precies op dezelfde manier werken bij mensen als bij apen. Maar als je mensen vraagt wat ze zien vlak voor een saccade, zoals Morrone en Binda hebben gedaan, melden ze geen geleidelijke vervanging van een afbeelding door een andere voordat hun ogen bewegen. In plaats daarvan wordt alles wat ze worden getoond gedurende een periode van 100 milliseconden vlak voordat de saccade pas zichtbaar wordt nadat de saccade eindigt. Het resultaat van deze vertraging is dat stimuli die op verschillende tijdstippen verschijnen binnen die korte periode vóór de saccade allemaal tegelijkertijd kunnen worden waargenomen - 50 milliseconden nadat deze is geëindigd.
En als deze stimuli voldoende op elkaar lijken, kunnen ze worden waargenomen als samengesmolten tot één ding, zelfs wanneer ze op iets andere tijden of plaatsen vóór de oogbewegingen werden getoond. Binda en Morrone noemen dit tijdvenster vlak voor de saccade de verwarringperiode. De dingen die we zien kunnen letterlijk worden verward - samengesmolten - door onze visie, en dan meer conventioneel verward - verward met elkaar - in onze gedachten.
In het echte leven kan deze fusie van vergelijkbare elementen in ruimte en tijd tijdens saccades eigenlijk helpen om verwarring te voorkomen, omdat de continuïteit ons helpt te begrijpen dat dingen die we vóór en na een saccade zagen hetzelfde zijn, zelfs als ze zijn verplaatst of als de licht is verschoven. Dus hoewel het mechanisme slordig lijkt, geloven Binda en Morrone dat slordigheid meestal in ons voordeel werkt.
Een soortgelijk soort wenselijke onnauwkeurigheid kan zijn wat ons in de eerste plaats laat genieten van het schilderij van Seurat. In plaats van een misschien meer accurate perceptie van kleurrijke collecties van verschillende stippen, ontstaat een mooie zondagmiddag. Petje af voor dat - of, zoals de Fransen zouden zeggen: "Chapeau!"
Knowable Magazine is een onafhankelijk journalistiek streven van Annual Reviews. 
