Ludzie są stworzeniami wizualnymi. Przedmioty, które nazywamy „pięknymi” lub „estetycznymi”, są kluczową częścią naszej ludzkości. Nawet najstarsze znane przykłady sztuki skalnej i jaskiniowej służyły raczej rolom estetycznym niż użytkowym. Chociaż estetyka jest często uważana za źle zdefiniowaną niejasną jakość, grupy badawcze, takie jak moja, stosują wyrafinowane techniki do jej kwantyfikacji - i jej wpływu na obserwatora.
Stwierdzamy, że obrazy estetyczne mogą wywoływać oszałamiające zmiany w ciele, w tym radykalne obniżenie poziomu stresu obserwatora. Szacuje się, że sam stres związany z pracą kosztuje amerykańskie firmy wiele miliardów dolarów rocznie, więc studiowanie estetyki ma ogromną potencjalną korzyść dla społeczeństwa.
Naukowcy odkrywają, co sprawia, że poszczególne dzieła sztuki lub naturalne sceny są atrakcyjne wizualnie i odprężają - a jednym z kluczowych czynników jest obecność powtarzających się wzorów zwanych fraktalami.
Czy fraktale są kluczem do tego, dlaczego praca Pollocka urzeka? (AP Photo / LM Otero) Przyjemne wzory w sztuce i przyrodzie
Jeśli chodzi o estetykę, kogo lepiej studiować niż znanych artystów? W końcu są ekspertami wizualnymi. Moja grupa badawcza przyjęła to podejście z Jacksonem Pollockiem, który osiągnął szczyt sztuki współczesnej pod koniec lat 40. XX wieku, wylewając farbę bezpośrednio z puszki na poziome płótna ułożone na podłodze w swoim studio. Chociaż wśród uczonych Pollocka toczyły się bitwy o znaczenie jego rozpryskanych wzorów, wielu zgodziło się, że mają organiczny, naturalny charakter.
Moja naukowa ciekawość była poruszona, gdy dowiedziałem się, że wiele obiektów natury jest fraktalnych, z wzorami powtarzającymi się przy coraz drobniejszych powiększeniach. Pomyśl na przykład o drzewie. Najpierw widzisz wielkie gałęzie wyrastające z pnia. Potem widać mniejsze wersje wyrastające z każdej dużej gałęzi. W miarę powiększania pojawiają się coraz cieńsze gałęzie, aż do najmniejszych gałązek. Inne przykłady fraktali przyrody obejmują chmury, rzeki, wybrzeża i góry.
W 1999 roku moja grupa zastosowała techniki komputerowej analizy wzorów, aby pokazać, że obrazy Pollocka są tak fraktalne jak wzory znalezione w naturalnej scenerii. Od tego czasu ponad 10 różnych grup wykonało różne formy analizy fraktalnej na swoich obrazach. Zdolność Pollocka do wyrażenia fraktalnej estetyki natury pomaga wyjaśnić trwałą popularność jego pracy.
Wpływ estetyki przyrody jest zaskakująco silny. W latach 80. architekci odkryli, że pacjenci szybciej wracali do zdrowia po operacji, gdy otrzymali pokoje szpitalne z oknami wychodzącymi na przyrodę. Inne badania od tego czasu wykazały, że samo oglądanie zdjęć naturalnych scen może zmienić sposób, w jaki autonomiczny układ nerwowy reaguje na stres.
Czy fraktale są tajemnicą niektórych kojących scen naturalnych? (Ronan, CC BY-NC-ND) Dla mnie rodzi się to samo pytanie, które zadałem Pollockowi: czy fraktale są odpowiedzialne? We współpracy z psychologami i neuronaukami mierzyliśmy reakcje ludzi na fraktale znalezione w naturze (przy użyciu zdjęć scen naturalnych), sztuki (obrazy Pollocka) i matematyki (obrazy generowane komputerowo) i odkryliśmy uniwersalny efekt, który nazwaliśmy „płynnością fraktalną”.
Poprzez ekspozycję na fraktalną scenerię przyrody układy wizualne ludzi przystosowały się do skutecznego przetwarzania fraktali z łatwością. Odkryliśmy, że ta adaptacja zachodzi na wielu etapach układu wzrokowego, począwszy od sposobu, w jaki nasze oczy poruszają się, w które regiony mózgu zostają aktywowane. Ta płynność wprowadza nas w strefę komfortu, dlatego lubimy patrzeć na fraktale. Co najważniejsze, wykorzystaliśmy EEG do zarejestrowania aktywności elektrycznej mózgu i technik przewodnictwa skóry, aby pokazać, że temu doświadczeniu estetycznemu towarzyszy zmniejszenie stresu o 60 procent - zaskakująco duży efekt w leczeniu niemedycznym. Ta zmiana fizjologiczna przyspiesza nawet odzyskiwanie pooperacyjne.
Artyści wyczuwają urok fraktali
Nic więc dziwnego, że jako eksperci wizualni artyści osadzają wzory fraktalne w swoich pracach na przestrzeni wieków i wielu kultur. Fraktale można znaleźć na przykład w dziełach rzymskich, egipskich, azteckich, inków i Majów. Moje ulubione przykłady sztuki fraktalnej z ostatnich czasów to Turbulencja da Vinci (1500), Wielka fala Hokusai (1830), Seria MC Eschera z kół (1950) i, oczywiście, obrazy wylewane przez Pollocka.
Fraktalne powtarzanie wzorów, choć powszechne w sztuce, stanowi wyzwanie artystyczne. Na przykład wiele osób próbowało sfałszować fraktale Pollocka i nie udało się. Rzeczywiście, nasza analiza fraktalna pomogła zidentyfikować fałszywe mintaja w głośnych przypadkach. Ostatnie badania przeprowadzone przez innych pokazują, że analiza fraktalna może pomóc odróżnić prawdziwą od fałszywej mintaja z 93-procentowym współczynnikiem sukcesu.
Jak artyści tworzą swoje fraktale podsycają debatę między naturą a wychowaniem w sztuce: w jakim stopniu o estetyce decydują automatyczne nieświadome mechanizmy właściwe biologii artysty, a nie ich obawy intelektualne i kulturowe? W przypadku Pollocka jego fraktalna estetyka wynikała z intrygującej mieszanki obu. Jego wzorce fraktalne wywodzą się z jego ruchów ciała (a konkretnie z automatycznego procesu związanego z równowagą znaną jako fraktal). Ale spędził 10 lat świadomie doskonaląc technikę nalewania, aby zwiększyć złożoność wizualną tych fraktalnych wzorów.
Test kleksów Rorschach polega na tym, co czytasz w obrazie. (Hermann Rorschach) Złożoność fraktalna
Motywacja Pollocka do ciągłego zwiększania złożoności jego wzorów fraktalnych stała się widoczna niedawno, gdy badałem fraktalne właściwości plam atramentowych Rorschacha. Te abstrakcyjne plamy są znane, ponieważ ludzie widzą w nich wyimaginowane formy (postacie i zwierzęta). Wyjaśniłem ten proces w kategoriach efektu płynności fraktalnej, który usprawnia procesy rozpoznawania wzorców przez ludzi. Fraktalne plamy atramentowe o niskiej złożoności sprawiły, że proces ten był szczęśliwy, wyzwalając obserwatorów, aby widzieli obrazy, których nie ma.
Pollock nie podobał się pomysł, że widzów jego obrazów rozpraszają takie wyimaginowane postacie, które nazwał „dodatkowym ładunkiem”. Intuicyjnie zwiększał złożoność swoich prac, aby zapobiec temu zjawisku.
Abstrakcyjny ekspresjonistyczny kolega Pollocka, Willem De Kooning, również malował fraktale. Kiedy zdiagnozowano u niego demencję, niektórzy uczeni sztuki wzywali go do przejścia na emeryturę w obawie, że zmniejszy to komponent wychowawczy jego pracy. Aczkolwiek, choć przewidywali pogorszenie się jego obrazów, jego późniejsze prace przyniosły spokój brakujący w jego wcześniejszych pracach. Ostatnio okazało się, że fraktalna złożoność jego obrazów stale spada, gdy zapada się w demencję. Badanie skupiło się na siedmiu artystach o różnych schorzeniach neurologicznych i podkreśliło potencjał wykorzystania dzieł sztuki jako nowego narzędzia do badania tych chorób. Dla mnie najbardziej inspirującym przesłaniem jest to, że walcząc z tymi chorobami, artyści wciąż mogą tworzyć piękne dzieła sztuki.
Rozpoznanie, w jaki sposób patrzenie na fraktale zmniejsza stres, oznacza, że można stworzyć implanty siatkówki naśladujące ten mechanizm. (Zdjęcie Nautilus przez www.shutterstock.com) Moje główne badania koncentrują się na opracowaniu implantów siatkówki w celu przywrócenia wzroku ofiarom chorób siatkówki. Na pierwszy rzut oka cel ten wydaje się daleki od twórczości Pollocka. Jednak to jego praca dała mi pierwszą wskazówkę dotyczącą płynności fraktalnej i roli, jaką mogą odgrywać fraktale natury w utrzymywaniu kontroli poziomu stresu u ludzi. Aby upewnić się, że moje inspirowane biologicznie implanty wywołują taką samą redukcję stresu podczas patrzenia na fraktale natury, jak normalne oczy, ściśle naśladują projekt siatkówki.
Kiedy zaczynałem badania nad Pollockiem, nigdy nie wyobrażałem sobie, że będzie to miało wpływ na sztuczne projekty oczu. Jest to jednak siła interdyscyplinarnych wysiłków - myślenie „po wyjęciu z pudełka” prowadzi do nieoczekiwanych, ale potencjalnie rewolucyjnych pomysłów.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation.
Richard Taylor, dyrektor Instytutu Nauki o Materiałach i profesor fizyki, University of Oregon
