Een fenomeen zo oud als de mensheid

Het motion after-effect (afgekort MAE) is een zeer krachtige bewegingsillusie die ontstaat wanneer iemand naar een stilstaand voorwerp of omgeving kijkt, nadat die persoon voor een bepaalde periode (van seconden tot minuten) naar een bewegende stimulus gekeken heeft. Het fenomeen was reeds gekend bij de Oude Grieken en werd beschreven door o.a. Aristoteles nadat die een tijd naar een snelstromende rivier had gekeken. Sindsdien werd het MAE enkele keren herontdekt en tot op de dag van vandaag is het iets wat neurowetenschappers bezighoudt. Ondanks de schijnbare simpliciteit van het fenomeen, heeft gedetailleerd onderzoek aangetoond dat de onderliggende mechanismes complex zijn. Het MAE heeft wetenschappers wel een soort van houvast gegeven over hoe visuele informatie verwerkt wordt in het brein en heeft een aanzet gegeven tot een hele beweging van wetenschappelijk onderzoek.

Motion after-effect = waterval illusie?

In 1834 was er ene Robert Addams die tijdens een excursie bij de “Falls of Foyers”, zuidoost van het befaamde Loch Ness meer in Schotland, het motion after-effect opmerkte. Hij staarde enige tijd naar de watervallen en wanneer hij naar de rotsen naast de waterval keek, leek het voor een tijdje alsof die naar boven bewogen. Het MAE wordt om deze reden heel vaak benoemd als de waterval illusie.

Design fout of functionele waarde?

Neurowetenschappers zijn het nog niet eens over het exacte onderliggende principe van het MAE. Een iets oudere invalshoek beweert dat het MAE veroorzaakt wordt door vermoeidheid van bepaalde neuronen3,4. Reeds in de 19e eeuw stelde de Duitse neuropsycholoog Sigmund Exner dat bepaalde groepen van neuronen “gefinetuned” zijn voor verschillende bewegingsrichtingen. Stel dat iemand voor een tijdje naar een waterval kijkt (beweging naar beneden), dan zullen de neuronen in de visuele cortex die instaan voor het percipiëren van naar beneden gerichte beweging uitgeput geraken en dus minder actief worden. Neuronen gericht op beweging naar boven daarentegen worden dan net actiever. Stel dat we dan wegkijken naar een stilstaand voorwerp, dan lijkt het alsof dat voorwerp naar boven beweegt. Wetenschappelijk onderzoek bij apen heeft dit 10 jaar geleden ook bevestigd4. Adam Kohn en Tony Movshon uit New York toonden bewegende beelden aan apen en registreerden bij hen simultaan de hersenactiviteit in centra die instaan voor het verwerken van beweging. Hieruit bleek dat wanneer de apen een patroon van neergaande strepen te zien kregen, de cellen verantwoordelijk voor beweging naar beneden minder actief werden dan de cellen verantwoordelijk voor beweging naar boven.

Recenter echter werden er ook theorieën voorgesteld die het principe van neuronale vermoeidheid niet volledig ondersteunen1. De timing van het MAE zou niet overeenkomen met hoe neuronale vermoeidheid zich manifesteert en bovendien hebben studies aangetoond dat in sommige neuronen in de visuele cortex helemaal geen uitputting of vermoeidheid optreedt. Volgens hen is het MAE dus meer dan zomaar een “foutje” in het design van onze visuele cortex maar zou het MAE wel eens een functionele waarde kunnen hebben: motion-after effect adaptatie is volgens hen een vorm van “gain control” om zo de efficiëntie in het doorgeven van visuele informatie te kunnen maximaliseren2. De exacte theoretische verklaring is heel complex en zoekt zijn weg nog naar algemene aanvaarding binnen de neurowetenschappen. Toekomstig onderzoek zal moeten uitwijzen of deze theorie effectief blijkt te kloppen.

De waterval illusie in het brein

Er is nog veel discussie gaande over welke delen van de cortex juist betrokken zijn bij het motion after-effect. Verschillende corticale gebieden worden genoemd waaronder de primaire visuele cortex (afgekort tot V1), een visueel gebied gelegen in het midden van de temporaalkwab (afgekort tot MT/V5 waarbij MT voor midden temporaal staat) of een gebiedje in het bovenste deel midden in de temporaalkwab (afgekort MST, wat staat voor midden superieur temporaal) (zie onderstaande figuur5).

Het is natuurlijk niet gek dat deze gebieden naar voor komen aangezien V1 de primaire visuele cortex is en er reeds aangetoond is dat V1-neuronen betrokken zijn bij de selectiviteit van beweging en richting. Hier tegenover staat dat tot 90% van de MT/V5-neuronen gevoelig zijn voor beweging. Laesies in MT/V5 kunnen er bijgevolg voor zorgen dat iemand het heel moeilijk heeft om te discrimineren in welke richting beweging plaatsvindt en kunnen zelfs leiden tot selectieve “bewegingsblindheid”. Van het gebied MST en de neuronen hierin gelegen is dan weer aangetoond dat ze betrokken zijn bij complexe bewegingspatronen zoals circulaire bewegingen.

waterval-illusie

Recenter echter werd door o.a. Taylor en collega’s een studie naar dit aspect uitgevoerd aan de hand van functionele MRI (fMRI)6, een techniek die wetenschappers toelaat om een stimulus aan te bieden of een persoon een taak te laten uitvoeren en om simultaan de hersenactiviteit in kaart te brengen. Tijdens deze studie werden proefpersonen blootgesteld (“geadapteerd”) voor 21 seconden aan een stimulus waarbij strepen van boven naar beneden bewogen of at random versprongen (een controle conditie waarbij er dus geen beweging in één specifieke richting is). Onmiddellijk na deze 21 seconden, werden stilstaande strepen getoond en vroeg men aan de proefpersonen om op een knop te duwen wanneer het motion after-effect verdwenen was, waardoor men dus wist hoelang het aanhield en bovendien, welke hersenregio’s het meest actief zijn. Tijdens het MAE werd er significante activiteit gevonden, niet alleen in de regio MT/V5 maar in een volledig anterieur en posterieur corticaal netwerk. In het anterieure netwerk waren vooral regio’s betrokken die gekend zijn voor hun rol bij aandacht, terwijl het posterieure netwerk vooral bestond uit regio’s betrokken bij bewegingsanalyse zoals V1, MT/V5 en MST. Het lijkt erop dat dus niet enkel deze visuele hersencentra belangrijk zijn voor het waarnemen van de waterval illusie maar dat ook aandacht een belangrijke rol speelt!

Probeer het zelf eens uit: seeing is believing! Bekijk dit filmpje hieronder en kijk erna eens rondom je en zie zelf hoe jouw brein je beetneemt! Een zeer “psychedelische” ervaring!

Als je er niet genoeg van kan krijgen, bekijk dan zeker ook eens de episodes van Brain Games8 van National Geographic rond dit onderwerp: “Motion Commotion” en “Illusion Confusion” waarbij het waterval effect en nog vele andere optische illusies aan bod komen.

Referenties

  1. Anstis, S., Verstraten, F.A.J. & Mather, G. (1998). The motion aftereffect, Trends Cogn Sci. 2(3), 111-7.
  2. Mather, G., Pavan, A., Campana, G. & Casco, C. (2008). The motion after-effect reloaded, Trends Cogn Sci. 12(12), 481-7.
  3. Exner, S. 1891. The Physiology of the Compound Eyes of Insects and Crustaceans. Transl. R. C. Hardie, 1989. Berlin: Springer. 177 pp. (German)
  4. Fatigues neurons explain waterfall illusion: Neuron, vol 39, p 681.
  5. http://mooreperceptionproject.weebly.com/physiology.html
  6. Taylor, J.G. et al (2000). The network of brain areas involved in the motion aftereffect, NeuroImage. 11, 257-270.
  7. http://www.georgemather.com/MotionDemos/MAEQT.html ‬
  8. Brain Games van National Geographic: http://braingames.nationalgeographic.com/episode/0/