Чому фрактальні візерунки в природі та мистецтві зменшують стрес

Папороть повторює свій малюнок у різних масштабах. Майкл , CC BY-NC

Люди - це наочні істоти. Об'єкти, які ми називаємо "красивими" або "естетичними", є найважливішою частиною нашої людяності. Навіть найдавніші відомі приклади скельне та печерне мистецтво подавали естетичне а не утилітарні ролі. Хоча естетику часто розглядають як невизначену туманну якість, дослідницькі групи, такі як моя використовують складні методи для кількісної оцінки - і її впливу на спостерігача. Бесіда

Ми виявили, що естетичні образи можуть спричинити приголомшливі зміни у тілі, зокрема радикальне зниження рівня стресу спостерігача. За оцінками, лише стрес на роботі коштує американському бізнесу багато мільярдів доларів на рік, тому вивчення естетики має величезну потенційну користь для суспільства.

Дослідники розплутують лише те, що робить певні витвори мистецтва або природні сцени привабливими та знімає стрес - і одним з найважливіших факторів є наявність повторюваних шаблонів, званих фракталами.

Приємні візерунки, в мистецтві та в природі

Коли справа стосується естетики, хто краще вчиться, ніж відомі художники? Зрештою, вони - візуальні експерти. Моя дослідницька група застосувала такий підхід Джексон Поллок, який досяг піку сучасного мистецтва наприкінці 1940-х років, виливши фарбу прямо з банки на горизонтальні полотна, покладені на підлогу його студії. Незважаючи на те, що серед вчених Поллока вирували битви щодо значення його розбризкуваних зразків, багато хто погодився, що вони відчували їх органічно, природно.


Innersele підписатися графіка


Коли я дізнався про це, моя наукова цікавість розбурхалась багато об'єктів природи є фрактальними, що містить візерунки, що повторюються при дедалі більшого збільшення. Наприклад, подумайте про дерево. Спочатку ви бачите великі гілки, що ростуть із стовбура. Тоді ви бачите менші версії, що виростають з кожної великої гілки. Коли ви продовжуєте збільшувати масштаб, з’являються все тонші і тонші гілки аж до найменших гілочок. Інші приклади фракталів природи включають хмари, річки, узбережжя та гори.

У 1999 році моя група використовувала методи комп'ютерного аналізу шаблонів, щоб показати це Картини Поллока такі ж фрактальні як візерунки, знайдені в природних декораціях. З тих пір більше 10 різні групи виступали різні форми фрактального аналізу на його картинах. Здатність Поллока виражати фрактальну естетику природи допомагає пояснити незмінну популярність його творів.

Вплив естетики природи напрочуд потужний. У 1980-х архітектори виявили, що пацієнти швидше одужували після операції, коли їм давали лікарняні кімнати з вікнами з видом на природу. Інші дослідження з тих пір продемонстрували, що просто перегляд фотографій природних сцен може змінити спосіб вегетативної нервової системи людини реагує на стрес.

фрактали2 4 1Чи є фрактали секретом деяких заспокійливих природних сцен? Ронан, CC BY-NC-ND

Для мене це піднімає те саме запитання, яке я задавав Поллоку: чи відповідають фрактали? Співпрацюючи з психологами та неврологами, ми вимірювали реакцію людей на фрактали знайдено в природі (з використанням фотографій природних сцен), мистецтві (картини Поллока) та математиці (комп'ютерні зображення) та виявлено універсальний ефект, який ми позначили як "фрактальна плавність».

Завдяки впливу фрактальних декорацій природи, зорові системи людей пристосувались до ефективної обробки фракталів з легкістю. Ми виявили, що ця адаптація відбувається на багатьох етапах зорової системи, від того, як наші очі рухаються, до того, які ділянки мозку активуються. Ця плавність ставить нас у зону комфорту, і тому ми насолоджуємось переглядом фракталів. Найважливіше, ми використовували ЕЕГ реєструвати електричну активність мозку і методи провідності шкіри показати, що цей естетичний досвід супроводжується зменшенням стресу на 60 відсотків - напрочуд великий ефект для немедикаментозного лікування. Ця фізіологічна зміна навіть прискорюється показники післяопераційного відновлення.

Художники інтуїтивно сприймають привабливість фракталів

Тому не дивно дізнатися, що, будучи візуальними експертами, художники впроваджували фрактальні візерунки у свої роботи протягом століть та в багатьох культурах. Фрактали можна знайти, наприклад, у римських, єгипетських, ацтекських, інківських та майянських роботах. Мої улюблені приклади фрактального мистецтва з недавніх часів включають Турбулентність да Вінчі (1500) Велика хвиля Хокусая (1830) Коло серії MC Escher (1950-ті) і, звичайно, Поллок вилив картини.

Хоча поширене в мистецтві фрактальне повторення шаблонів представляє художній виклик. Наприклад, багато людей намагалися підробити фрактали Поллока і не змогли. Справді, наш фрактальний аналіз має допоміг виявити фальшиві минтаї у резонансних справах. Недавні дослідження інших людей показують, що фрактальний аналіз може допомогти відрізнити справжні миттєві від миттєвих із 93-відсотковим рівнем успіху.

Як художники створюють свої фрактали, підживлює дискусію про природу проти виховання в мистецтві: Якою мірою естетика визначається автоматичними несвідомими механізмами, властивими біології художника, на відміну від їхніх інтелектуальних та культурних проблем? У випадку Поллока його фрактальна естетика виникла в результаті інтригуючої суміші обох. Його фрактальні візерунки походять від рухів його тіла (зокрема, автоматичний процес, пов'язаний з балансом відомий як фрактал). Але він провів 10 років, свідомо вдосконалюючи свою техніку розливу, щоб збільшити візуальну складність цих фрактальних візерунків.

Складність фракталів

Мотивація Поллока до постійного збільшення складності його фрактальних зразків стала очевидною нещодавно, коли я вивчав фрактальні властивості чорнильних блоків Роршаха. Ці абстрактні клякси відомі тим, що люди бачать у них уявні форми (фігури та тварини). Я пояснив цей процес з точки зору ефекту фрактальної плавності, що покращує процеси розпізнавання людей. Фрактальні чорнильні блоки низької складності змусили цей процес викликати радість, обманюючи спостерігачів, бачити зображення, яких там немає.

Поллоку не подобалася думка, що глядачі його картин відволікаються на такі уявні фігури, які він назвав "зайвим вантажем". Він інтуїтивно збільшував складність своїх робіт, щоб запобігти цьому явищу.

Абстракціоніст-колега Поллока, Віллем Де Кунінг, також намальовані фрактали. Коли йому поставили діагноз деменція, деякі вчені мистецтвознавства закликали його піти на пенсію, побоюючись, що це призведе до зменшення вихованості його роботи. Проте, хоча вони передбачали погіршення його картин, його пізніші роботи передавав мирність відсутні у його попередніх творах. Нещодавно була показана фрактальна складність його картин падати стабільно, коли він ковзав у деменцію. Дослідження було зосереджене на семи художниках з різними неврологічними станами та підкреслило потенціал використання мистецьких робіт як нового інструменту для вивчення цих захворювань. Для мене найбільш надихаючим повідомленням є те, що, борючись із цими хворобами, художники все ще можуть створювати прекрасні твори мистецтва.

Основне моє дослідження зосереджено на розробка імплантатів сітківки для відновлення зору жертвам захворювань сітківки. На перший погляд, ця мета здається далекою від мистецтва Поллока. Однак саме його робота дала мені перший підказка щодо фрактальної плавності та тієї ролі, яку фрактали природи можуть зіграти у контролі рівня стресу у людей. До переконайтесь, що мої імплантанти, вдихані біологічним способом, викликають таке саме зниження стресу дивлячись на фрактали природи як звичайні очі, вони точно імітують дизайн сітківки.

Коли я розпочав дослідження Поллока, я навіть не думав, що це буде інформувати про штучні проекти очей. Однак у цьому полягає сила міждисциплінарних зусиль - мислення "нестандартно" веде до несподіваних, але потенційно революційних ідей.

про автора

Річард Тейлор, директор Інституту матеріалознавства і професор фізики, Університет Орегона

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon