L'illusion Pinna-Brelstaff

par Jean Marie Champeau 26 Janvier 2021, 14:10 illusion mouvement

L'illusion Pinna-Brelstaff est la première illusion visuelle montrant un effet de mouvement de rotation. Aussi appelé l'illusion des cercles rotatifs ou l'illusion des cercles contrarotatifs, ce phénomène est nommé d'après le scientifique italien de la vision Baingio Pinna, qui l'a découvert en 1990, et le psychologue anglais Gavin J. Brelstaff qui a co-écrit avec Pinna le premier article majeur à ce sujet dans la revue Vision Research en 2000

Description de l’illusion

des carrés gris bordés de blanc et de noir sur deux cercles concentriques semblent tourner

Les carrés, délimités par deux bords blancs et deux noirs chacun, sont regroupés par proximité en deux anneaux concentriques. Tous les carrés ont la même largeur et orientation par rapport au centre de leur disposition circulaire. Les deux anneaux ne diffèrent que par la position relative de leurs bords noirs et blancs étroits formant les sommets. 

Lorsque l’observateur se déplace lentement vers la figure avec le regard fixé au centre, l’anneau intérieur des carrés semble tourner dans le sens antihoraire et l’anneau extérieur dans le sens horaire.

Le sens de rotation est inversé lorsque l'observateur s'éloigne de la figure.
La vitesse du mouvement illusoire résultant semble être proportionnelle à celle du mouvement donné par l'observateur.

Le rôle de la vision périphérique

La rotation apparente est généralement perçue en vision périphérique. Le mouvement de va-et-vient de la figure, avec le regard fixé non pas au centre mais sur n'importe quel carré, détruit l'effet de contre-rotation et le carré fixe apparaît immobile. 

Inversion des diagonales implicites

En inversant les côtés blancs et noir des carrés, la rotation perçue s'inverse en conséquence. 

bords blancs et noirs inversés sur les carrés la rotation est en sens contraire

 

Mauvais alignement des diagonales implicites

La rotation apparente ne nécessite pas que les composants du stimulus soient alignés avec précision. Lorsque les carrés sont mélangés au hasard et disposés approximativement en cercles concentriques, la rotation apparente persiste.

les carrés avec les bords blanc et noirs sont en désordre à peu près en deux cercles

 

Explication(s) de l’illusion

Mécanismes neuronaux sous-jacents

D’après Pinna et Brelstaff, l’illusion peut être expliquée par la direction perpendiculaire au contour des formes que prend le regard quand il est influencé par le mouvement de l’observateur et non par les bords blanc et noirs des motifs.

L'illusion peut être expliquée, selon eux, par la réponse des neurones sélectifs de direction se trouvant dans le cortex cérébral.

Dans leur conclusion, Pinna et Brelstaff, soulignent la complexité de l’interprétation des illusions visuelles de mouvement (biais directionnel). 

L’illusion de Pinna représente une opportunité d’étude, en particulier, elle montre que le système visuel prend des « raccourcis » pour traiter l’énorme quantité d’information qu’il perçoit de façon à simplifier le processus et il compense cette simplification par un apport mémoriel en « copiant » dans son vécu des éléments similaires pour enrichir la perception.(«propriétés d'événements et d'objets abstraits des signaux sensoriels primitifs ») 

Mais ils soulignent que l’illusion de Pinna soulève deux problèmes qui restent à interpréter :


- Pourquoi l’impression de mouvement naît du déplacement de l’observateur ?


- Pourquoi l’illusion de mouvement émerge-t-elle alors même que l’on sait que l’image est statique ?

Ma proposition d’explication

Bien que fort argumenté et s’appuyant sur de nombreux travaux, l’article de présentation de Pinna et Brelstaff conclut que l’illusion s’explique par l’orientation des carrés gris("basse fréquence") et non leurs bords noirs et blancs("haute fréquence"). 
Il fait mention de diagonale et biais orthogonaux comme si le regard suivait une piste perpendiculaire à l’orientation des carrés. 

Pour faire simple, c’est une question de direction, les bords blanc et noirs des carrés ne sont là que pour suggérer cette direction.

Si l’effet est provoqué par des orientations de directions, et non par les bords blancs et noirs mais pas les diagonales suggérées, remplaçons les carrés par de vraies diagonales. Et si les bords blancs ne font rien à l’affaire enlevons les, les bords noirs suffiront à suggérer les directions.

image originale sans les bords blancs des carrés avec seulement les bords noirs
Sans bords blancs
cercles d'origine avec les carrés remplacés par les diagonales entre bords blanc et noirs enlevés
que les diagonales des carrés enlevés

 

Sans les bords blancs en ne conservant que les bords noirs, qui continuent quand même à suggérer des carrés en relief, le phénomène est moins marqué mais persiste.
Sur l’image ne comportant que des « diagonales », il n’y a plus d’effet de mouvement.

Par conséquent ce n’est pas l’effet de « diagonale » qui crée l’illusion, l’explication est ailleurs.

De mon point de vue, l’explication est la suivante :

Ce qui crée l’illusion c’est le contraste blanc/noir sur les bords de chaque carré qui suggèrent un relief et  un « éclairage incident », venant d’une direction sur la couronne extérieure et de la direction inverse sur la couronne intérieure.

Pourquoi y-a-t-il illusion de mouvement quand l’observateur bouge ?

L’illusion de mouvement des couronnes est créée par l’observateur qui se déplace et qui provoque la mise au point de l’oeil ce qui sollicite l’interprétation de la vue par le cerveau à chaque mouvement.

En outre, les substances photosensibles de l’oeil ne se décomposent pas instantanément, créant un  « retard à l’allumage » qui fait que ce que l’on « voit » n’est déjà plus l’image réelle qui est maintenant devant l’observateur qui se déplace. Cette rémanence visuelle provoque un léger décalage de l’angle de vue. La rotation devient « une option ».

des ronds éclairés par le dessus semblent en relief d'autres semblent en creux
Aller voir

Par ailleurs, comme l’avait déjà montré David Brewster en 1926 dans l’illusion du cratère, l’incidence de la lumière réelle ou supposée est déterminante dans la compréhension d’une scène.

trois formes de cylindre portant des ovales bleus bordés de noir et de blanc semblent tourner
Aller voir

Le phénomène de mouvement est proche de celui qu’on peut observer dans l’illusion des rouleaux jaunes et bleus qui est aussi une illusion de mouvement.

Dans ce dernier cas, il n’est pas nécessaire que l’observateur se déplace pour générer l’impression de mouvement car les formes de cylindres suggérées par l’image sont acquises une fois pour toute par le cerveau, comme destinés à tourner, et qui trouve donc logique de les voir bouger puisque des rouleaux sont faits pour rouler.

Ici, dans l'illusion Pinna-Brelstaff, de simples cercles ne suffisent pas à convaincre le cerveau que ce sont des éléments destinés à tourner, c’est le mouvement de l’observateur qui remet le sujet en question à chaque fraction de seconde.
A chaque ré-interprétation de l’image, le cerveau analyse donc les « éclairages » que suggèrent les bords blancs des carrés et sous un angle différent puisque nous avons bougé.

Ici, de mon point de vue, intervient ce qu’on appelle « l’effet Tetris » 

 

jeu Tetris où des pièces de différentes formes tombent de plus en plus vite et qu'il faut ranger
image du jeu Tetris

(L'effet Tetris, nom emprunté au jeu vidéo, est l'effet selon lequel une suite d'actions précipitées, imprécises ou instinctives est meilleure que de calculer un mouvement optimal, où un tel calcul ne serait pas fini à temps pour agir. 
Ce principe prend sa pleine justification dans des circonstances de confrontation vitale dans lesquelles une action réflexe (la fuite ou l’attaque, par exemple) et plus salvatrice que la compréhension de la scène pour en déterminer la conduite à tenir. (on parlera de systèmes évolutionnistes qui y trouveront plus souvent un optimum salvateur). 

Comme l’indiquent Pinna et Brelstaff le cerveau à une telle quantité de données à traiter lors du mouvement de l’observateur qu’il choisit de ne pas calculer car ce serait trop long. Il se fie « à son instinct » et considère que ce n’est pas si grave de voir bouger des choses qui ne devraient pas puisque c’est une des solutions au problème.

Pourquoi y-a-t-il illusion de mouvement alors même que l’on sait que l’image est statique ?
 

Dans les deux cas, (illusion Pinna-Brelstaff  et illusion des rouleaux jaunes et bleus), l’origine de l’impression de mouvement se situe dans les « éclairages » contradictoires et impossibles pour une image fixe.

Des carrés proches entre les deux couronnes, présentent des bords blancs (« éclairés »), dos à dos, suggérant deux incidences d’éclairage opposées, impossibles dans l'image fixe des couronnes de la première illusion.

Cette même impossibilité des « éclairages » contradictoires que l’on trouve entre les « cylindres » intérieurs et extérieur de l’illusion des rouleaux jaunes et bleus.

A partir de la même cause, le cerveau en déduit logiquement que puisque c’est impossible pour une image fixe, c’est qu’il y a mouvement. On peut considérer que le cerveau choisit la moins pire des solutions.

Je suggère même que dans tous les cas similaires d’incidences impossibles d’« éclairages » opposés suggérés par une image, on devrait observer la même sensation de mouvement. Impression d’autant plus grande que l’image, pourtant fixe, montrerait des éléments dont nous savons (et notre cerveau aussi!) qu’ils sont destinés à bouger.

Notons que dans ce type d’illusion, il a été prouvé que le mouvement apparent s’oriente toujours du noir vers le blanc.

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