Zrak má z pohledu evoluce výborný poměr cena–výkon

Filip Děchtěrenko z Psychologického ústavu AV ČR

Článek o jeho výzkumu vyšel ve čtvrtletníku Akademie věd ČR A / Magazín.

Je menší než pingpongový míček a váží asi jako fidorka. I tak je oko hned po mozku druhým nejsložitějším orgánem v lidském těle. Na svého majitele navíc často práskne víc, než by sám chtěl. Pouhý pohled totiž dokáže okolí prozradit nejen, co člověk zrovna prožívá, ale i na co v daný moment myslí. „Z toho, kam se díváme, lze vyčíst, na co se soustředíme. Oční pohyby jsou totiž ve většině běžných situací úzce spjaty s pozorností,“ říká Filip Děchtěrenko z Psychologického ústavu AV ČR, který se věnuje výzkumu zrakového vnímání, pozornosti a paměti. Rčení ‚Oko do duše okno‘ podle něj platí až překvapivě přesně. Sedí totiž i anatomicky. „Přímo na povrchu sítnice máme nervové buňky. Když se tedy někomu zadíváte do očí, s trochou nadsázky spatříte i kus jeho mozku,“ usmívá se vystudovaný psycholog a informatik.

Kuk sem, kuk tam

Dvě stě milisekund. Pouze tak kratičkou chvíli potřebují naše oči k tomu, aby se zorientovaly v prostoru. K rozpoznání toho, co je na obrázku, jim však stačí dokonce jen desetina vteřiny. V tomto časovém úseku naši pozornost většinou urve něco, co ze scenérie nějak vyčnívá – ať už barevně, orientací hran nebo třeba intenzitou dopadajícího světla. Zkrátka získá si nás výraznost neboli salience. „Když uvidíte deset mužů v černém obleku a jednoho v červeném, téměř jistě se nejprve zaměříte na toho unikátního. Jde o takzvaný bottom-up mechanismus – něco, co děláme bezděčně,“ vysvětluje badatel. „Uhranutí“ vizuálně nejzajímavějším objektem však trvá doslova jen okamžik. Pak už totiž naši pozornost ovládnou takzvané top-down procesy – dojde nám, jaký máme cíl; uvědomíme si svůj úkol. Podle toho taky nasměrujeme náš pohled a s ním i pozornost. Špion by tak očima začal hledat přístupovou kartu nebo klíče; dítě prahnoucí po zábavě zase hračku nebo pastelky. „Naše výsledná pozornost je tedy propletencem těchto dvou procesů. K nim je ale ještě třeba přičíst naši přirozenou potřebu dívat se do středu,“ připomíná Filip Děchtěrenko.

Ve středu žluté skvrny oční sítnice – tedy v prohlubni, které se říká fovea centralis – je totiž nejvíc světlocitlivých buněk, a vidění je tudíž v tomto místě nejostřejší. Proto je taktické natáčet oko tak, aby vizuální podnět směřoval právě na foveu. Naše oči ve snaze zaujmout tuto ideální polohu a přivést stimul do centra nejostřejšího vidění běžně skáčou z místa na místo. Těmto skokům z jednoho bodu fixace na druhý se říká sakády a oko si u nich pořádně zamaká – jde totiž o vůbec nejrychlejší pohyby, kterých je lidské tělo schopné (trvají 10–100 milisekund). Děláme je přitom prakticky pořád. „Zajímavé je, že během sakád zrakovou informaci nezpracováváme. S tím čekáme až na fixaci. Proto jsme ve chvíli, kdy pohneme očima, v podstatě slepí,“ líčí vědec. „Kdyby se tady v momentě, kdy jste zrovna pohledem skočila z knihovny na židli, objevila gorila, nevšimnete si toho,“ směje se. Tyto chvíle „slepoty“ jsou však tak krátké, že si je ani nestačíme uvědomit. Náš mazaný mozek si totiž ony mezery urychleně dopočítá a nám se tak vše v hlavě spojí do jednoho souvislého vjemu.

Moře, v němž se neutopíš

Jsou jako lavina. Kvanta vizuálních podnětů na nás útočí téměř nepřetržitě ze všech stran. A právě pozornosti vděčíme za to, že se z té smrště nezblázníme. Funguje totiž jako filtr, který nám do vědomí pustí jen omezený počet informací. „Všudypřítomné podněty si můžeme představit jako moře, které nás obklopuje. Přímo k nám ale teče trubkou, do níž se vejde jen určité množství vody. Proto se v něm nemůžeme utopit,“ popisuje výzkumník. Zní to jednoduše. Realita je však pochopitelně o poznání komplikovanější. Vždyť jen samotná přeměna vizuálního podnětu ve vjem zaměstná zhruba milion neuronů!

A jak tato pouť ve zkratce vypadá? Zraková informace se nejprve dostává na sítnici, kde se překóduje na elektrický signál. Ten pak cestuje optickým nervem až do zrakového centra na zadní straně mozkové kůry v týlním laloku, kde se zpracovává. Všechno se přitom děje v řádu milisekund. „Zrak má z pohledu evoluce výborný poměr cena – výkon. Zvládneme jím velmi rychle získat spoustu informací, které zásadně zvyšují naše šance na přežití. Není proto divu, že se stal naším dominantním smyslem,“ konstatuje Filip Děchtěrenko. Jinými slovy, pokud by se k nám například přibližovalo nějaké zvíře, jediným pohledem zjistíme, zda nám z jeho strany hrozí nebezpečí, jak rychle se tvor pohybuje, v jakém je rozmaru či jak daleko od nás právě je.

Mimochodem, za to, že umíme odhadnout vzdálenost či hloubku a zasadit si vjem do prostoru, vděčíme tomu, že máme oči dvě. Každé totiž snímá svět pod trochu jiným úhlem. Náš mozek pak informace z obou očí propojí a prostorové vidění je na světě! Nutno dodat, že největšími experty jsme na sledování všeho, co je pod námi. „Při pohledu dolů máme lepší rozlišovací schopnosti, než když koukáme nahoru. I za to může evoluce: zespodu nás mohlo něco zabít s větší pravděpodobností, takže se tato dovednost vyvinula lépe,“ poukazuje vědec.

Tváří v tvář

„Nemám paměť na obličeje.“ Touto větou často zachraňujeme situaci, když třeba přehlédneme známého na ulici. V naprosté většině případů jde však o pouhou výmluvu. V rozpoznávání tváří totiž lidé vynikají. Pokud tedy zrovna nepatří ke zhruba dvěma procentům populace, která trpí vzácnou nemocí jménem prosopoagnosie, jež vzniká poškozením nepatrného záhybu ve spánkovém laloku mozku zvaném fusiformní závit. Právě v něm totiž sídlí centrum, které je k rozeznávání obličejů speciálně vyhrazené.

„Z hlediska evoluce byla tato dovednost pro člověka vždy klíčová. Hodilo se umět rozlišit, že ten druhý je náš příbuzný, že nás má rád nebo že je na nás naštvaný. Orientovat se tak dobře třeba v kamenech by rozhodně nepřineslo tolik užitku,“ spekuluje Filip Děchtěrenko. Naše schopnost vyznat se v obličejích však má svoje limity. Naráží na ně třeba tváří v tvář jiné rase. A to doslova. Ale proč nám Evropanům připadají například Asiaté všichni stejní a my jim? Odpověď je jednoduchá: na rasu, kterou jsme od narození obklopeni, jsme si vybudovali větší citlivost. Naučili jsme se rozlišovat detaily v rámci komunity, v níž se pohybujeme. Dítě, které rodiče vychovávají v Číně, se tak postupně stává specialistou na tamní obličeje, zatímco z batolete vyrůstajícího třeba v Rakousku bude brzy expert na evropské rysy. „Všichni jsme však na tom stejně bídně, pokud jakoukoli tvář spatříme obráceně. Obličej, který vidíme vzhůru nohama, si totiž neumíme zapamatovat, ani z něj správně vyčíst emoce. Náš mozek na to není zvyklý a prostě si s tím neví rady,“ dodává psycholog.

Magická čtyřka

Osm šedivých kuliček se na monitoru počítače rozkutálí do všech stran. Čtyři po chvíli zezelenají, následně však zase zešednou a pokračují v divokém reji. Člověk, který monitor sleduje, si má zapamatovat, které z kuliček prošly onou barevnou proměnou. Tato a jí podobné úlohy pomáhají výzkumníkům odhalovat mechanismy takzvané rozdělené pozornosti, tedy naší schopnosti sledovat více věcí najednou. „Ukazuje se, že čtyři kuličky z osmi dokážeme monitorovat poměrně dobře, zvládáme to automaticky. Pokud bychom ale měli pozorovat objektů více, tato naše dovednost dramaticky klesá,“ říká Filip Děchtěrenko. Právě čtyřka podle něj v lidské psychologii často figuruje jako jeden z jakýchsi magických limitů. „Představte si třeba, že máte hlídat děti, které se koupou v rybníce. Když budou maximálně čtyři, nemusíte je ani počítat – prostě je očima uhlídáte. Bude-li jich víc, počítat chtě nechtě začnete. Než člověk někam vyrazí s více caparty, hodí se to vědět,“ usmívá se trojnásobný otec a zkušený skautský vedoucí. „Děti ale na rozdíl od stejnobarevných kuliček většinou od sebe umíme rozlišit, což nám jejich sledování významně usnadňuje. Proto třeba učitelka ve školce dokáže uhlídat celou třídu,“ doplňuje.

Právě úloha s barevnými kuličkami ho před lety při studiích teoretické informatiky přivedla k psychologii. Narazil na ni během semináře o zapojení informačních technologií do zkoumání lidské kognice. Téma ho nadchlo natolik, že si podal přihlášku na psychologii a tvůrce zmiňovaného kurzu Jiří Lukavský se brzy stal jeho školitelem. Dnes jsou vědeckými kolegy a psychologie s informatikou se v jejich práci dokonale snoubí.

V záplavě fotek

Západ slunce v romantické zátoce, obligátní selfíčko z pláže, starobylý kostelík obrostlý ibišky, opulentní snídaně, ještě opulentnější večeře… Většina lidí má potřebu zasypat své okolí po návratu z dovolené fotkami. Co si ale pozorovatel z nálože snímků odnese?

Filip Děchtěrenko zkoumá, jak dobře si pamatujeme fotky.

Právě naše paměť na fotky je (vedle očních pohybů a rozdělené pozornosti) jedním z výzkumných témat Filipa Děchtěrenka. A věrnými pomocníky mu v jeho práci jsou takzvané umělé neuronové sítě. „Jde o nástroje strojového učení, kdy počítačový program naučíte dělat nějakou úlohu. Tvůrci těchto sítí se inspirovali fungováním lidského mozku a vytvořili neurony umělé, které spolu stejně jako ty lidské navzájem komunikují a posílají si mezi sebou informace. A naučit je můžete kde co,“ objasňuje výzkumník.

Neuronové sítě však nejsou žádnou novinkou. Několik let už se běžně využívají například v překladačích, k rozpoznávání obrázků, v lékařské diagnostice nebo třeba při předvídání vývoje na burze. „Nám pomáhají s tvorbou umělých fotografií pro naše pokusy. Díky nim máme ke každému obrázku k dispozici číselné ohodnocení, jinými slovy kromě snímku nám síť vygeneruje i soubor čtyř tisíc čísel o tom, co si o dané fotce ‚myslí‘. Na základě toho jsme schopni navrhovat velmi přesné paměťové experimenty,“ uvádí Filip Děchtěrenko. V tom posledním jeho tým zajímalo, do jak velkých detailů si zvládneme obsah snímku uchovat v hlavě. Na toto téma totiž v minulosti vyšly dvě studie s protichůdnými závěry a vědci z Psychologického ústavu AV ČR chtěli zjistit, na čí straně je pravda. Výzkum z roku 1973 tvrdil, že si lidé dokážou z deseti tisíc fotek zapamatovat 93 procent. Odnesou si ale jen velmi hrubé informace, co na nich bylo. O 35 let později publikovala jiná skupina badatelů studii, podle níž je i při zhlédnutí šesti tisícovek snímků naše paměť velmi podrobná. „Naše pokusy ale ukazují, že je spíše obecná. I když někoho motivujete penězi k tomu, aby si v daném čase zapamatoval obrázek co nejdetailněji, není toho schopen,“ vypráví vědec.

První a poslední

Příprava jednoho takového experimentu může zabrat i rok. Fotografie totiž musí být vybrané a upravené naprosto precizně. Potom je třeba pokus naprogramovat a sezvat do laboratoře dostatečné množství osob, většinou kolem padesáti. Ty zasednou k monitorům a dostanou zadání. Třeba jako ve zmiňovaném případě: „Následující fotografie si zapamatujte co nejlépe, na každou máte tři minuty.“ Když se účastníci řadou snímků proklikají až ke konci, zbývá ještě jejich paměť otestovat. A zatímco se zkoušení potí před počítači, výzkumníky hlavní kus práce teprve čeká. „Analýza získaných dat je moje nejoblíbenější část. Počítáme modely, ověřujeme hypotézy… V celém experimentu se tedy mísí nástroje informatické s psychologickými,“ podotýká Filip Děchtěrenko.

Za pomoci výsledků svých výzkumů chce mladý vědec mimo jiné odhalit techniky, které by člověku umožnily, aby si vizuální informaci zapamatoval co nejlépe. Medici by si pak díky nim snáze vryli do paměti třeba jednotlivé záhyby střevních kliček či vnitřní uspořádání orgánů z nákresů v anatomických atlasech. Takový manuál je sice ještě hudbou budoucnosti, některé mechanismy zrakové paměti už však vědci vysledovali a hodí se je znát. „Ví se třeba, že nejlépe nám vždy utkví to první a poslední. Ať už jsou to slova v nějakém seznamu, jména lidí při hromadném seznamování nebo třeba fotky. Mezi tím je šedá zóna. Věřte proto, že úvod článku a tato závěrečná informace ve vás zřejmě zůstanou nejdéle,“ uzavírá badatel s úsměvem.

 

Autorka: Radka Římanová

Foto: Jana Plavec

Zdroj: Akademie věd ČR

---

Filip Děchtěrenko z Psychologického ústavu AV ČR vystudoval psychologii na Filozofické fakultě a teoretickou informatiku na Matematicko-fyzikální fakultě UK v Praze, kde získal i doktorský titul. Od roku 2011 působí v Psychologickém ústavu AV ČR. Vyučuje také na katedře psychologie Filozofické fakulty UK v Praze. V roce 2019 získal prémii Otto Wichterleho pro vynikající mladé vědce. Zaměřuje se zejména na výzkum zrakového vnímání, pozornosti a paměti.