Tijdens drie reizen naar Londen aan het begin van de 20e eeuw, Claude Monet schilderde meer dan 40 versies van een enkele scène:de Waterloo-brug over de rivier de Theems. Monets hoofdonderwerp was niet de brug zelf, echter; hij was het meest gefascineerd door het landschap en de sfeer van de scène, met zijn voorbijgaande licht, mist, en mist.

Acht schilderijen uit deze serie Londense mist vormen het middelpunt van de tentoonstelling Monet's Waterloo Bridge:Vision and Process van de Memorial Art Gallery. Een erkend meester in landschapsschilderkunst, Monet was een integrale oprichter van de impressionistische beweging, die de filosofie omarmde van het uitdrukken van de vluchtige zintuiglijke effecten in een scène.

Maar hoe verbeeldt Monet dezelfde scène op verschillende tijdstippen van de dag en in verschillende omstandigheden? En hoe ziet een kijker de kleurstreken van een kunstenaar als een samenhangend beeld, en enorm verschillende kleuren als dezelfde brug?

Bij elk van de schilderijen in de serie, Monet manipuleert de waarneming van de kijker op een manier die wetenschappers destijds niet helemaal begrepen. Vandaag, onderzoek zoals dat uitgevoerd aan de Universiteit van Rochester's Centre for Visual Science, opgericht in 1963, geeft inzicht in de complexiteit van het visuele systeem, het verlichten van de processen van Monet en de fijne kneepjes van zijn werk.

Hoe werken onze ogen en hersenen samen om ons kleur te laten zien?

De Memorial Art Gallery werkte samen met het Carnegie Museum of Art en het Worcester Art Museum om de kleurpigmenten te analyseren die Monet in zijn serie Waterloo Bridges gebruikte. Ze ontdekten dat Monet een zeer beperkt kleurenpalet gebruikte in zijn Waterloo Bridge-serie, maar wist toch een breed scala aan sferen op te roepen. Hoe deed hij dit?

Het antwoord houdt in hoe onze ogen golflengten van licht opnemen, die onze hersenen interpreteren, zegt David Williams, hoogleraar optica in Rochester en de directeur van Rochester's Centre for Visual Science. In het netvlies van het oog, er zijn drie soorten kegeltjes:blauw, die gevoelig is voor korte golflengten van licht; groente, die gevoelig is voor de middengolflengte; en rood, die gevoelig is voor lange golflengten. Deze trichromatische signalen "zijn heel eenvoudig, maar de talloze kleurschakeringen die we ervaren zijn afgeleid van alleen die drie, " zegt Willems, wiens laboratorium, in de jaren 1990, was de eerste die alle drie soorten kegeltjes in een levend menselijk netvlies afbeeldde en identificeerde hoe de kegeltjes gerangschikt zijn.

Van het netvlies, signalen reizen langs de oogzenuw naar de visuele cortex achter in de hersenen. Signalen worden vervolgens heen en weer verzonden tussen de visuele cortex en andere hogere delen van de hersenen, inclusief degenen die betrokken zijn bij aandacht, geheugen, beleven, en vooroordelen. De taak van de hersenen is om zintuiglijke informatie van de ogen te integreren in stukjes - lijnen, vormen, en diepte - en construeer ze in objecten en scènes.

Hoe de hersenen kleur zien

Hoe is het visuele systeem zo ingewikkeld geworden?

Om deze complexiteit van het menselijke visuele systeem te illustreren, Duje Tadin begint zijn les vaak over perceptie door studenten te vragen wat moeilijker is:wiskunde of visie?

De meeste mensen zeggen wiskunde.

"Natuurlijk, dit is een strikvraag, " zegt Tadin, een professor in de hersen- en cognitieve wetenschappen in Rochester, die de neurale mechanismen van visuele waarneming bestudeert. "Wiskunde is moeilijker voor ons omdat zo weinig van ons brein daaraan is gewijd, terwijl ongeveer de helft van het brein aan perceptie is gewijd." Neem computers, bijvoorbeeld. Computer vision-programma's lopen nog steeds ver achter op wat mensen kunnen doen, maar zelfs de kleinste smartphones kunnen complexe berekeningen uitvoeren. "Dat komt omdat wiskunde eenvoudig is en er altijd een correct antwoord is, ', zegt Tadin. 'Perceptie is sterk verbonden met andere aspecten van hersenverwerking. Uw eerdere ervaringen, jouw verwachtingen, de manier waarop je oplet, al deze andere dingen die niet noodzakelijkerwijs gerelateerd zijn aan perceptie, beïnvloeden in feite hoe je dingen waarneemt."

menselijke visie, dan, is "een grootschalig wederopbouwproces, " zegt Woon Ju Park, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het lab van Tadin, die hielpen bij het samenstellen van de begeleidende tentoonstelling Zien in kleur en zwart-wit van de MAG. "Dit maakt onze waarneming soms anders dan de fysieke wereld die buiten ons bestaat."

Hoe nemen we 3D-vormen waar op een 2D-canvas?

Een van de manieren waarop een kunstenaar als Monet de waarneming uitbuit, is door een driedimensionaal tafereel op een tweedimensionaal doek te schilderen. Het proces is vergelijkbaar met wat de ogen en de hersenen doen, Tadin zegt:onze ogen zijn gebogen, maar in wezen wordt een driedimensionale wereld - ondersteboven - op een plat netvlies geprojecteerd. De hersenen moeten de punten verbinden, draai de afbeelding met de goede kant naar boven, en extraheer deze ontbrekende derde dimensie. Monet "bedriegt" het brein van een kijker door elementen van licht weer te geven, schaduw, en contrast om de "illusie" van een driedimensionale brug te schilderen.

"Je weet misschien dat het een illusie is, maar je hersenen groeperen automatisch dingen en laten je weten dat het een driedimensionale scène is, " zegt Tadin. Monet schildert dingen die verder weg zijn - zoals de schoorstenen in de Waterloo Bridges-serie - als kleiner en vager om een ​​gevoel van diepte te geven. De groeperingsfunctie van de hersenen stelt ons ook in staat om de vorm van een brug te zien, rivier, en schoorstenen voordat we Monets individuele penseelstreken van kleur zien.

"Het doel van onze visuele waarneming is niet om ons een nauwkeurig beeld te geven van de omgeving om ons heen, maar om ons het meest bruikbare beeld te geven, "zegt Tadin. "En de meest bruikbare en de meest nauwkeurige zijn niet altijd hetzelfde."

Hoe nemen we licht waar in de schilderijen van Monet?

De verlichting van een object, bijvoorbeeld, perceptie kan veranderen. Dat komt omdat wat in onze ogen aankomt bij het bekijken van een object een combinatie is van zowel de verlichting die op het object valt als de intrinsieke eigenschappen van het object zelf, zegt Willems. "Je hersenen hebben een echte uitdaging, dat is om erachter te komen wat waar is over dit object, ook al is wat je oog bereikt radicaal anders, afhankelijk van hoe het wordt verlicht."

Als je een voorwerp zoals een wit vel papier neemt, het zal bijna altijd als wit worden geïnterpreteerd - een fenomeen dat bekend staat als kleurconstantie - ook al zal het licht dat van het papier naar je oog komt opmerkelijk verschillend van kleur zijn, afhankelijk van hoe het wordt verlicht. Bijvoorbeeld, als je het papier buiten legt, het zal nog steeds wit lijken in het ochtendlicht, in het midden van de dag, en als de zon ondergaat, zelfs gedacht "als we objectieve metingen zouden doen van het licht dat in die verschillende omstandigheden je oog binnenvalt, ze zouden heel anders zijn, " hij zegt.

De Waterloobrug zelf verandert nooit van kleur, maar Monet schildert het door kleurpigmenten te mengen die verschillen in helderheid, tint (de relatieve lichtheid of duisternis van een kleur), en intensiteit (de verzadiging van een kleur) om zonsopgang weer te geven, direct zonlicht, en schemering. De hersenen kunnen de verlichting die over de hele scène spoelt, opnemen, informatie integreren, en gevolgtrekkingen maken. Als alle objecten een blauwachtige zweem hebben, bijvoorbeeld, de hersenen kunnen afleiden dat het hoogstwaarschijnlijk overdag is met een blauwe lucht. Als objecten een roodachtige tint hebben, de hersenen concluderen dat zonsondergang hoogstwaarschijnlijk nadert, zegt Willems. uiteindelijk, "Monets werk benadrukt hoe verschillend dezelfde scène kan zijn, afhankelijk van hoe het wordt verlicht. Maar iedereen met een normaal kleurenzicht die naar deze serie kijkt, weet:de brug is van grijze baksteen, ongeacht het tijdstip van de dag, omdat de hersenen slimme trucs hebben ontwikkeld om de ware eigenschappen van objecten te schatten, ondanks de rijke verscheidenheid aan verlichtingsomstandigheden die we normaal gesproken tegenkomen."

Het fenomeen van kleurconstante, die visiewetenschappers jarenlang hebben bestudeerd, kreeg enkele jaren geleden veel aandacht in de beruchte jurkillusie, waarin mensen die dezelfde foto van een jurk bekeken, het als blauw en zwart of als wit en goud zagen. Terwijl de jurk zelf eigenlijk blauw en zwart was, mensen maakten verschillende veronderstellingen over hoe de jurk werd verlicht, die, beurtelings, leiden tot verschillende percepties van de kleur van de jurk zelf. "Veel onderzoekers gingen er tot dat moment van uit dat iedereen met een normaal kleurenzicht min of meer vergelijkbare waarnemingen had, Williams zegt. "De opmerkelijke verschillen in de interpretatie van de jurk door mensen waren echt een eye-opener, geen woordspeling bedoeld, voor velen in de visiegemeenschap."

Een ander ding om te weten over de perceptie van kleur is dat het relatief is:een kleur verandert als deze interageert met andere kleuren eromheen. Monet past vaak sterk verschillende kleuren naast elkaar toe, zonder ze te mengen, een techniek die gebruikmaakt van gelijktijdig contrast:dezelfde kleur zal er anders uitzien wanneer deze naast verschillende kleuren wordt geplaatst. De ruwe penseelstreken, dan, zijn elk "als lichtvlekken die onze ogen stimuleren, " zegt Park. "Kijkers kunnen hun eigen reconstructieve processen in de hersenen gebruiken om die patches te integreren in coherente objecten die voor hen betekenisvol zijn."

Terwijl onze ogen en hersenen werken om een ​​samenhangend wereldbeeld samen te stellen, een impressionistische kunstenaar als Monet is in staat het tegenovergestelde te doen door een scène te deconstrueren in individuele penseelstreken, ze zegt. "Monet splitst zijn perceptuele ervaringen op in verschillende basiseenheden van visuele verwerking, " inclusief kleur en vorm, in plaats van zich te concentreren op het object van de brug zelf.

Hoe kijkt een kleurenblinde of een persoon met zicht- of hersenstoornissen naar kunst?

Een van de belangrijkste manieren om te begrijpen hoe de menselijke visie werkt om delen in een geheel te integreren, is te begrijpen wat er gebeurt als het niet werkt. Tadin, bijvoorbeeld, werkt om atypische visuele afwijkingen geassocieerd met autisme en schizofrenie nauwkeuriger te behandelen en te diagnosticeren.

"We weten dat bij schizofrenie, de visuele waarneming verandert, ", zegt Tadin. "Een persoon met schizofrenie kan visuele hallucinaties ervaren, maar ook hun verwerking van binnenkomende zintuiglijke informatie uit de ogen is atypisch, resulterend in verschillende visuele ervaringen, invloed op hoe men waarneemt en creëert kunst."

Williams en zijn collega's werken aan benaderingen om het gezichtsvermogen van blinden te herstellen, ofwel door de kegelfotoreceptoren te vervangen die soms worden vernietigd door een netvliesaandoening of door andere, onbeschadigde cellen in het netvlies - die normaal niet gevoelig zijn voor licht - in lichtgevoelige cellen die de kegeltjes kunnen vervangen. "Kleurenblindheid kan worden gezien als een zeer milde vorm van deze ziekten, waarbij een persoon meestal slechts één van de drie kegeltjes mist die verantwoordelijk zijn voor het zicht overdag, "zegt Willems.

Hoe kleurenblinden kunst zien

Er zijn drie hoofdtypen kleurenblindheid:

• Een protanoop is rood-groen kleurenblind, mist rode kegels, en heeft moeite om onderscheid te maken tussen rood, groente, en geel; onderzoekers verwachten dat de kleur van hun wereld zal variëren van blauw via wit tot geel zonder perceptie van rood en groen.
• Een deuteranoop is rood-groen kleurenblind, mist groene kegels en, als een protanoop, onderzoekers verwachten dat de kleur van hun wereld zal variëren van blauw via wit tot geel zonder perceptie van rood en groen. Omdat ze kegeltjes hebben die gevoelig zijn voor rood licht, rode objecten zien er helderder uit voor de deuteranoop dan voor de protanoop.
• Een tritanope is blauw-geel kleurenblind, mist blauwe kegels, en heeft moeite om onderscheid te maken tussen blauw en geel; onderzoekers verwachten dat hun wereld er in verschillende tinten rood uit zal zien, wit, en groen.

Nog altijd, we kunnen nooit weten wat een ander ziet, een raadsel dat ook filosofen heeft verbijsterd en vandaag de dag nog steeds bezig is met wetenschappelijk onderzoek. Hoewel de meesten van ons visie als vanzelfsprekend beschouwen als een onbewust proces dat ons in staat stelt informatie op te nemen en te interpreteren, Tadin zegt, "het is veel moeilijker voor ons om dingen te bestuderen die gemakkelijk voor ons zijn."