Mennesker er visuelle skapninger. Gjenstander vi kaller "vakker" eller "estetisk" er en avgjørende del av vår menneskelighet. Selv de eldste kjente eksemplene på rock og grottekunst tjente estetiske snarere enn utilitaristiske roller. Selv om estetikk ofte blir sett på som en dårlig definert vag kvalitet, bruker forskningsgrupper som mine sofistikerte teknikker for å tallfeste den - og dens innvirkning på observatøren.
Vi finner ut at estetiske bilder kan indusere svimlende endringer i kroppen, inkludert radikale reduksjoner i observatørens stressnivå. Jobbstress alene anslås å koste amerikanske bedrifter mange milliarder dollar årlig, så å studere estetikk har en enorm potensiell fordel for samfunnet.
Forskere løsner bare det som gjør bestemte kunstverk eller naturlige scener til en visuelt tiltalende og stressavlastende - og en avgjørende faktor er tilstedeværelsen av de repeterende mønstrene kalt fraktaler.
Er fraktaler nøkkelen til hvorfor Pollocks arbeid fenger? (AP Photo / LM Otero) Hyggelige mønstre, i kunsten og i naturen
Hvem er det bedre å studere enn kjente artister når det gjelder estetikk? De er tross alt visuelle eksperter. Forskningsgruppen min tok denne tilnærmingen med Jackson Pollock, som steg til toppen av moderne kunst på slutten av 1940-tallet ved å helle maling direkte fra en boks på horisontale lerreter lagt over studiogulvet hans. Selv om det raste slag mellom Pollock-lærde om betydningen av hans splattere mønstre, var mange enige om at de hadde et organisk, naturlig preg for dem.
Min vitenskapelige nysgjerrighet ble rørt da jeg fikk vite at mange av naturens gjenstander er fraktale, med mønstre som gjentas ved stadig mer forstørrelser. Tenk for eksempel på et tre. Først ser du de store grenene vokse ut av bagasjerommet. Så ser du mindre versjoner vokse ut av hver store gren. Når du fortsetter å zoome inn, vises finere og finere grener, helt ned til de minste kvistene. Andre eksempler på naturens fraktaler inkluderer skyer, elver, kystlinjer og fjell.
I 1999 brukte gruppen min datamønsteranalyseteknikker for å vise at Pollocks malerier er like fraktale som mønstre som finnes i naturlandskap. Siden den gang har mer enn 10 forskjellige grupper utført forskjellige former for fraktalanalyse på maleriene hans. Pollocks evne til å uttrykke naturens fraktale estetikk er med på å forklare den varige populariteten til arbeidet hans.
Effekten av naturens estetikk er overraskende kraftig. På 1980-tallet fant arkitekter at pasienter kom seg raskere etter kirurgi når de fikk sykehusrom med vinduer som så ut på naturen. Andre studier siden den gang har vist at bare det å se på bilder av naturlige scener kan endre måten en persons autonome nervesystem reagerer på stress.
Er fraktaler hemmeligheten bak noen beroligende naturscener? (Ronan, CC BY-NC-ND) For meg reiser dette det samme spørsmålet jeg hadde stilt til Pollock: Er fraktaler ansvarlige? I samarbeid med psykologer og nevrovitenskapsmenn, målte vi menneskers svar på fraktaler som ble funnet i naturen (ved hjelp av bilder av naturlige scener), kunst (Pollocks malerier) og matematikk (datamaskingenererte bilder) og oppdaget en universell effekt vi merket "fraktal flyt."
Gjennom eksponering for naturens fraktale landskap har menneskers visuelle systemer tilpasset seg å effektivt behandle fraktaler med letthet. Vi fant ut at denne tilpasningen skjer i mange stadier av det visuelle systemet, fra måten øynene våre beveger seg til hvilke områder i hjernen som blir aktivert. Denne flytningen setter oss i en komfortsone, og vi liker å se på fraktaler. Avgjørende brukte vi EEG for å registrere hjernens elektriske aktivitet og hudlednings-teknikker for å vise at denne estetiske opplevelsen er ledsaget av stressreduksjon på 60 prosent - en overraskende stor effekt for en ikke-medisinsk behandling. Denne fysiologiske endringen akselererer til og med postkirurgisk utvinningsgrad.
Kunstnere intuiterer appellen til fraktaler
Det er derfor ikke overraskende å lære at kunstnere som visuelle eksperter har lagt ned fraktale mønstre i sine verk gjennom århundrer og på tvers av mange kulturer. Fraktaler finnes for eksempel i romerske, egyptiske, aztekiske, inkanske og maya-verk. Mine favoritteksempler på fraktal kunst fra nyere tid inkluderer da Vinci Turbulens (1500), Hokusais store bølge (1830), MC Eschers Circle Series (1950-tallet) og, selvfølgelig, Pollocks skjenkede malerier.
Selv om den er utbredt i kunsten, representerer fraktal repetisjon av mønstre en kunstnerisk utfordring. For eksempel har mange mennesker forsøkt å falske Pollocks fraktaler og mislyktes. Faktisk har vår fraktalanalyse bidratt til å identifisere falske Pollocks i høyprofilerte tilfeller. Nyere studier fra andre viser at fraktalanalyse kan bidra til å skille ekte fra falske Pollocks med 93 prosent suksessrate.
Hvordan kunstnere skaper sine fraktaler gir drivstoff til natur-kontra-pleie-debatten i kunsten: I hvilken grad bestemmes estetikk av automatiske ubevisste mekanismer som ligger i kunstnerens biologi, i motsetning til deres intellektuelle og kulturelle bekymringer? I Pollocks tilfelle resulterte hans fraktale estetikk fra en spennende blanding av begge deler. Fraktalmønstrene hans stammet fra kroppsbevegelsene hans (nærmere bestemt en automatisk prosess relatert til balanse kjent for å være fraktal). Men han brukte 10 år på bevisst foredling av skjenketeknikken sin for å øke den visuelle kompleksiteten til disse fraktale mønstrene.
Rorschach blekkblotest er avhengig av hva du leser inn på bildet. (Hermann Rorschach) Fraktal kompleksitet
Pollocks motivasjon for kontinuerlig å øke kompleksiteten i hans fraktalmønstre ble tydelig nylig da jeg studerte fraktale egenskapene til Rorschach blekkblokker. Disse abstrakte blots er berømte fordi folk ser imaginære former (figurer og dyr) i seg. Jeg forklarte denne prosessen i form av fraktal flytende effekt, noe som forbedrer folks mønstergjenkjenningsprosesser. Fraktale blekkblokker med lav kompleksitet gjorde at denne prosessen ble triggerglad og lurte observatører til å se bilder som ikke er der.
Pollock mislikte ideen om at seerne på maleriene hans ble distrahert av slike forestillingsfigurer, som han kalte "ekstra last." Han intuitivt økte kompleksiteten i sine verk for å forhindre dette fenomenet.
Pollocks abstrakte ekspresjonistiske kollega, Willem De Kooning, malte også fraktaler. Da han fikk diagnosen demens, ba noen kunstforskere om pensjonisttilværelsen hans, blant bekymringer for at det ville redusere pleiekomponenten i arbeidet hans. Likevel, selv om de spådde en forverring av maleriene hans, formidlet hans senere arbeider en ro som mangler fra hans tidligere stykker. Nylig viste det seg at den fraktale kompleksiteten i maleriene hans falt jevnt og trutt da han gled til demens. Studien fokuserte på syv kunstnere med forskjellige nevrologiske forhold og løftet frem potensialet ved å bruke kunstverk som et nytt verktøy for å studere disse sykdommene. For meg er det mest inspirerende budskapet at kunstnere, når de bekjemper disse sykdommene, fremdeles kan lage vakre kunstverk.
Å gjenkjenne hvordan man ser på fraktaler reduserer stress, betyr at det er mulig å lage netthinnimplantater som etterligner mekanismen. (Nautilus-bildet via www.shutterstock.com) Min viktigste forskning fokuserer på å utvikle netthinnimplantater for å gjenopprette synet til ofre for netthinnesykdommer. Ved første øyekast virker dette målet langt fra Pollocks kunst. Likevel var det hans arbeid som ga meg den første ledetråden til fraktal flyt og den rollen naturens fraktaler kan spille for å holde folks stressnivå i sjakk. For å sikre at de bioinspirerte implantatene mine induserer den samme stressreduksjonen når de ser på naturens fraktaler som normale øyne gjør, etterligner de retinaens design.
Da jeg startet min Pollock-undersøkelse, forestilte jeg meg aldri at den skulle informere om kunstige øyeutforminger. Dette er imidlertid kraften i tverrfaglige bestrebelser - å tenke "utenfor boksen" fører til uventede, men potensielt revolusjonerende ideer.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation.
Richard Taylor, direktør for Materials Science Institute og professor i fysikk, University of Oregon
