Le illusioni ottiche sono delle distorsioni percettive, o delle percezioni "errate", "scorrette", causate da uno stimolo che inganna l'apparato visivo umano. Benché le illusioni ottiche possano avvenire anche per quanto riguarda stimoli naturali, la maggior parte delle illusioni ottiche più conosciute sono state prodotte (o riprodotte in seguito ad osservazioni di oggetti nel mondo) da artisti e psicologi per studiare o illustrare alcuni fenomeni e alcuni funzionamenti del nostro sistema percettivo.

Che cos'è un'illusione ottica

Esistono moltissime tipologie di illusioni ottiche, e una chiara categorizzazione è difficile da effettuare, soprattutto perché a volte la natura dell'illusione non è comprensibile fino in fondo. Un punto di riferimento importante può essere la categorizzazione di Richard Gregory, psicologo e neuroscienziato britannico. Secondo Gregory, esistono tre principali classi di illusioni ottiche: quelle fisiche, quelle fisiologiche e quelle cognitive.
Le illusioni ottiche fisiche dipendono da fenomeni fisici del mondo. Ad esempio, in condizioni di bassa umidità può accadere che una montagna ci appaia molto più vicina di quanto non sia in realtà. Dal momento che la foschia è un indizio che il nostro cervello utilizza per calcolare la percezione di profondità, possiamo essere "ingannati" quando questa è particolarmente poco presente. Un altro classico esempio di illusione ottica fisica è quello classicamente descritto da Tolomeo: un bastone immerso a metà nell'acqua appare piegato.
Le illusioni ottiche fisiologiche sono il risultato degli effetti di eccessive o insolite stimolazioni sul cervello (o sugli occhi). Si crede che ogni caratteristica di uno stimolo segua un proprio percorso neurale, nelle prime fasi della processazione visiva. Un'attività particolarmente intensa o ripetitiva per quanto riguarda alcune caratteristiche, o l'interazione con percorsi adiacenti, può causare uno squilibrio che altera la percezione. L'illusione della griglia di Hermann, che vedrete sotto, è un esempio: i campi recettivi relativi a diversi colori della griglia entrano in competizione e cercano di inibirsi l'un l'altro, generando l'illusione di puntini grigi inesistenti.
Le illusioni ottiche cognitive, infine, sono causate da inferenze inconsce di vario tipo che il cervello compie sul mondo. Un esempio è la celebre illusione coniglio-papera: l'interpretazione ambigua dell'immagine ha la capacità di cambiare continuamente grazie alle nostre conoscenze sul mondo.
Oltre a queste tre classi, e in ognuna di esse, esistono quattro tipi di illusioni: ambiguità, distorsioni, paradossi e finzione.
L'ambiguità è quell'illusione ottica che può elicitare un cambio, uno "switch" tra un'interpretazione e l'altra (per esempio, appunto, l'illusione coniglio-papera o il cubo di Necker).
L'illusione da distorsione riguarda, per l'appunto, una distorsione percettiva per quanto riguarda dimensione, lunghezza, posizione o curvatura di un oggetto o di uno stimolo.
Il paradosso è quell'illusione ottica data dalla visione di un oggetto impossibile, che non può esistere nel mondo reale. A volte può essere determinato da disaccordi cognitive. Un esempio è il triangolo di Penrose.
La finzione è infine l'illusione che fa percepire una figura anche se non è presente nello stimolo.

Per quanto riguarda l'interpretazione degli stimoli del nostro mondo, infine, è bene tenere in mente che esistono due tipologie di elaborazioni, da parte del cervello. L'elaborazione bottom-up (letteralmente, dal basso in alto) è quella guidata dagli stimoli che vanno a comporre un'immagine, o un'interpretazione, che viene acquisita dal cervello. L'elaborazione top-down (letteralmente, dall'alto in basso) è guidata dal cervello, che "impone" una propria interpretazione e dunque una certa "organizzazione" agli stimoli. Spesso, nell'elaborazione del nostro mondo da parte del cervello e del sistema visivo, questi due tipi di elaborazioni si alternano e possono risultare in percezioni differenti.

Nel prossimo paragrafo proponiamo una lista delle illusioni ottiche più famose. Per ognuna, oltre a una breve descrizione, cerchiamo di trovare un posizionamento per quanto riguarda la categorizzazione di Gregory.

Le più famose illusioni ottiche

Sembra avere tre punte ma la parte superiore ne presenta due. Una forma che viola le regole della geometria euclidea e che può quasi diventare frustrante da osservare, perché, come tutti gli oggetti impossibili, disattente le aspettative della nostra mente.
Si tratta di un'illusione di tipo paradosso e di classe cognitiva.


L'immagine è statica, ma i puntini sembrano oscillare. La causa, secondo il Barrow Neurological Institute, sono i micromovimenti della pupilla: uniti alla particolare conformazione dell'immagine, creano il movimento illusorio che vedete. Si tratta probabilmente dunque di una distorsione a livello fisiologico, essendo dovuta a una caratteristica del nostro sistema visivo.

Il cerchio centrale sulla sinistra sembra più grande del cerchio al centro sulla destra, e vi stupirete se vi diciamo che invece sono esattamente della stessa dimensione. Il motivo per cui ci sembrano differenti è che il cerchio sulla sinistra è circondato da altri cerchi più piccoli, mentre l'altro è circondato da cerchi più grandi.
Si tratta di una distorsione di classe cognitiva, perché è dovuta ad un'inferenza del sistema visivo riguardo alla dimensione dei cerchi, basata sul loro contesto.


Si chiama così perché questa illusione ottica venne osservata per la prima volta sul muro esterno di un caffè. Fu proprio Richard Gregory a scoprirla, negli anni '70. Le linee grigie sembrano inclinate, ma non lo sono! L'effetto è dovuto ai blocchi bianchi e neri, che sono un po' spostati rispetto a quella nella riga inferiore. I blocchi fanno in modo che la retina metta a fuoco diverse parti delle linee grigie, grazie al forte contrasto tra essi (come nel caso di colore bianco con colore nero).
Anche in questo caso abbiamo una distorsione, ma di classa fisiologica.
Ecco una foto di Richard Gregory nel 2010, a Bristol, davanti al muretto in cui venne scoperta l'illusione del muro del caffè:



L'abbiamo nominata introducendo le illusioni fisiologiche. La griglia di Hermann risale al 1870 e genera un effetto dovuto ad un processo neurale chiamato inibizione laterale. Essa riguarda la capacità di un neurone eccitato di ridurre l'attività di quelli adiacenti. Le bande bianche producono molta luce che colpiscono i neuroni della retina. Ma l'intensità percepita in un punto del campo visivo non è il risultato dell'elaborazione di un singolo ricettore, bensì il risultato di un gruppo di recettori. Il recettore al centro, per quel determinato punto, eccita il neurone corrispondente mentre quelli che lo circondano lo inibiscono. Per questo i punti presso le intersezioni appaiono più scuri, a causa di una inibizione aumentata.

Come potete notare, il colore delle linee colorate di azzurro sembra irradiarsi in un cerchio, "illuminando" anche la porzione non occupata dalle linee, che è però in realtà dello stesso bianco presente in tutto il resto dell'immagine. L'illusione è stata elaborata dallo psicologo Dario Varin.
Ancora non ci sono sufficienti teorie per spiegare il fenomeno.


Il triangolo di Kanisza è più che altro un non-triangolo. È il cervello a riempire gli spazi nelle linee e nei cerchi neri, creando l'illusione di un triangolo (un fenomeno anche conosciuto come "bordo fantasma").
Secondo Gregory, questa illusione ottica è di classe cognitiva e di tipologia fittizia. È il nostro cervello che crea il triangolo in base a una sua assunzione su come dovrebbe essere il mondo.


Le linee all'interno delle frecce sono tutte di uguale lunghezza, anche se così non sembra. Quello che inganna è l'orientamento delle frecce. La linea con le frecce che puntano in "fuori" sembra più lunga di quella con le frecce che puntano al centro.
Secondo alcune teorie l'effetto è dovuto al nostro sistema visivo, che modifica la forma percepita degli angoli delle frecce, in modo da spostare il vertice all'interno dell'angolo stesso.
Si tratta di una distorsione di classe cognitiva.


Se vi soffermate su questa immagine la vedrete muoversi. Ma non è una gif: questa illusione, inventata nel 2003 da Akiyoshi Kitaoka, è causata da un tipo di movimento illusorio chiamato deriva periferica. Se ci focalizziamo su una parte dell'immagine, invece, non vedremo muovere quella stessa parte, ma piuttosto le parti nella zona di visione periferica.
La classe di questa illusione ottica è fisiologica.


Il disegno originale di questa figura venne annotato da Joseph Jastrow nel 1900. L'ibrido coniglio-papera è una delle più classiche immagini ambigue. Grazie all'elaborazione top-down possiamo imporre due interpretazioni alternative: una è quella di un coniglio (con il muso verso destra), l'altra è quella di una papera (con il becco dove altrimenti avremmo visto le orecchie del coniglio).
Questa illusione è un'ambiguità di tipo cognitivo, come annota Gregory.


In figura vedete una variante del vaso di Rubin, la famosa illusione inventata nel 1915 dal danese Edgar Rubino. Concentrandosi sulla parte nera, vediamo due volti che si fissano. Al contrario, la parte bianca mostra un vaso. Come nel caso della figura papera-coniglio, possiamo imporre in modo top-down diverse interpretazioni. È anch'essa un'ambiguità di tipo cognitivo.


Se fissate per un certo periodo questa immagine (almeno 20 secondi), e poi spostate lo sguardo su una parete vuota, potreste vedere l'immagine di Gesù, rimasta impressa sulla vostra retina. Questo succede perché in alcuni casi, soprattutto dopo forti stimolazioni, l'attivazione della vista persiste per un certo tempo. Un esempio quotidiano di questo fenomeno è un flash che, a volte, rimane negli occhi per qualche secondo.
Si tratta di un'illusione fisiologica di tipo finzione.


Edwin Boring disegnò questo famoso doppio-ritratto nel 1930. Raffigura sia sua moglie sia sua suocera, in base a come interpretate l'immagine. Ma possiamo vederne soltanto una alla volta. Per guidare la visione, considerate che la scollatura nella moglie è il mento della suocera, mentre l'orecchio della moglie è l'occhio della suocera.
Anche questa è un'interpretazione ambigua di tipo cognitivo.


Se si fissa il puntino al centro per 20 secondi, il cerchio scomparirà. Questo effetto venne scoperto nel 1804 da Troxler, ed è dovuto alla tendenza della occhio di dare priorità a determinate porzioni del campo visivo.


La stanza di Ames è una camera dalla forma distorta che crea un'illusione ottica che altera radicalmente la prospettiva. Vista frontalmente, questa camera sembra avere la normale forma di un parallelepipedo, ma in realtà ha una forma di trapezio, e il pavimento e il soffitto sono inclinati, e le pareti divergenti. Una persona in piedi ad un angolo della stanza, se osservata dal punto giusto, sembra gigante, mentre una persona all'angolo opposto sembra minuscola.

Illusioni ottiche nell'arte

Come è possibile immaginare, le illusioni ottiche hanno trovato e trovano un'importante applicazione in campo artistico. Uno dei più famosi artisti a farne uso è M. C. Escher. I suoi lavori mostrano oggetti di vario tipo tra cui figure impossibili e illustrazioni che esplorano infinito, riflessi, simmetria, prospettiva.