Mennesker er visuelle væsener. Objekter, vi kalder "smuk" eller "æstetisk", er en afgørende del af vores menneskehed. Selv de ældste kendte eksempler på rock and cave art tjente æstetiske snarere end utilitaristiske roller. Selvom æstetik ofte betragtes som en dårligt defineret vag kvalitet, bruger forskergrupper som min avancerede teknikker til at kvantificere den - og dens indflydelse på observatøren.
Vi finder ud af, at æstetiske billeder kan fremkalde svimlende ændringer i kroppen, herunder radikale reduktioner i observatørens stressniveauer. Jobstress alene anslås at koste amerikanske virksomheder mange milliarder dollars årligt, så studiet af æstetik har en enorm potentiel fordel for samfundet.
Forskere løsner netop det, der gør bestemte kunstværker eller naturlige scener visuelt tiltalende og stressaflastende - og en afgørende faktor er tilstedeværelsen af de gentagne mønstre kaldet fraktaler.
Er fraktaler nøglen til, hvorfor Pollocks arbejde fængsler? (AP Photo / LM Otero) Behagelige mønstre, i kunsten og i naturen
Hvem er det bedre at studere, end berømte kunstnere, når det kommer til æstetik? De er jo visuelle eksperter. Min forskningsgruppe indtog denne tilgang med Jackson Pollock, der steg op til toppen af moderne kunst i slutningen af 1940'erne ved at hælde maling direkte fra en dåse på vandrette lærreder lagt over hans studiegulv. Selvom slagene rasede blandt Pollock-lærde om betydningen af hans spredte mønstre, var mange enige om, at de havde en organisk, naturlig fornemmelse for dem.
Min videnskabelige nysgerrighed blev rystet, da jeg opdagede, at mange af naturens genstande er fraktale, med mønstre, der gentages ved stadig mere forstørrelser. Tænk for eksempel på et træ. Først ser du de store grene vokse ud af bagagerummet. Så ser du mindre versioner vokse ud af hver store gren. Når du fortsætter med at zoome ind, vises finere og finere grene helt ned til de mindste kviste. Andre eksempler på naturens fraktaler inkluderer skyer, floder, kystlinjer og bjerge.
I 1999 brugte min gruppe computermønsteranalyseteknikker for at vise, at Pollocks malerier er lige så fraktale som mønstre, der findes i naturlandskab. Siden da har mere end 10 forskellige grupper udført forskellige former for fraktalanalyse på hans malerier. Pollocks evne til at udtrykke naturens fraktale æstetik hjælper med at forklare den konstante popularitet af hans arbejde.
Virkningen af naturens æstetik er overraskende kraftig. I 1980'erne fandt arkitekter, at patienter kom sig hurtigere efter operationen, når de fik hospitalerum med vinduer, der kiggede ud på naturen. Andre undersøgelser siden da har vist, at bare at se på billeder af naturlige scener kan ændre den måde, en persons autonome nervesystem reagerer på stress på.
Er fraktaler hemmeligheden bag nogle beroligende naturscener? (Ronan, CC BY-NC-ND) For mig rejser dette det samme spørgsmål, som jeg havde stillet til Pollock: Er fraktaler ansvarlige? I samarbejde med psykologer og neurovidenskabsmænd målte vi folks reaktioner på fraktaler, der findes i naturen (ved hjælp af fotos af naturlige scener), kunst (Pollocks malerier) og matematik (computergenererede billeder) og opdagede en universel effekt, som vi betegnede "fraktal fluency."
Gennem eksponering for naturens fraktale kulisser er folks visuelle systemer tilpasset til effektivt at behandle fraktaler med lethed. Vi fandt, at denne tilpasning forekommer i mange stadier i det visuelle system, fra den måde, vores øjne bevæger sig til, hvilke områder i hjernen aktiveres. Denne flydende placering sætter os i en komfortzone, så vi nyder at se på fraktaler. Af afgørende betydning brugte vi EEG til at registrere hjernens elektriske aktivitet og hudlednings-teknikker for at vise, at denne æstetiske oplevelse er ledsaget af stressreduktion på 60 procent - en overraskende stor effekt til en ikke-medicinsk behandling. Denne fysiologiske ændring fremskynder endda postkirurgisk bedringshastighed.
Kunstnere intuit appel af fraktaler
Det er derfor ikke overraskende at lære, at kunstnere som visuelle eksperter har indlejret fraktale mønstre i deres værker gennem århundreder og på tværs af mange kulturer. Fraktaler findes fx i romerske, egyptiske, aztekiske, inkan- og maya-værker. Mine favoriteksempler på fraktal kunst fra nyere tid inkluderer da Vincis Turbulens (1500), Hokusai's Great Wave (1830), MC Escher's Circle Series (1950'erne) og naturligvis Pollocks hældte malerier.
Selvom den er fremherskende i kunsten, repræsenterer fraktal gentagelse af mønstre en kunstnerisk udfordring. For eksempel har mange mennesker forsøgt at forfalde Pollocks fraktaler og mislykkedes. Faktisk har vores fraktalanalyse hjulpet med at identificere falske pollocks i højprofilerede sager. Nylige undersøgelser fra andre viser, at fraktalanalyse kan hjælpe med at skelne reelle fra falske Pollocks med en 93 procent succesrate.
Hvordan kunstnere skaber deres fraktaler brænder natur-versus-pleje-debatten i kunsten: I hvilket omfang bestemmes æstetik af automatiske ubevidste mekanismer, der er forbundet med kunstnerens biologi, i modsætning til deres intellektuelle og kulturelle bekymringer? I Pollocks tilfælde resulterede hans fraktale æstetik fra en spændende blanding af begge dele. Hans fraktale mønstre stammede fra hans kropsbevægelser (specifikt en automatisk proces relateret til balance, der vides at være fraktal). Men han tilbragte 10 år bevidst forfining af sin hældeteknik for at øge den visuelle kompleksitet af disse fraktale mønstre.
Rorschach inkblot-test er afhængig af det, du læser ind på billedet. (Hermann Rorschach) Fraktal kompleksitet
Pollocks motivation for konstant at øge kompleksiteten af hans fraktale mønstre blev synlig for nylig, da jeg studerede de fraktale egenskaber ved Rorschach blækbletter. Disse abstrakte blots er berømte, fordi folk ser imaginære former (figurer og dyr) i dem. Jeg forklarede denne proces med hensyn til fraktal fluency-effekten, hvilket forbedrer folks mønstergenkendelsesprocesser. Fraktale blækblokke med lav kompleksitet gjorde, at denne proces blev tiltrækkende glad, narre observatører til at se billeder, der ikke er der.
Pollock kunne ikke lide tanken om, at seerne af hans malerier blev distraheret af sådanne imaginære figurer, som han kaldte ”ekstra last.” Han øgede intuitivt kompleksiteten af sine værker for at forhindre dette fænomen.
Pollocks abstrakte ekspressionistiske kollega, Willem De Kooning, malede også fraktaler. Da han blev diagnosticeret med demens, opfordrede nogle kunstforskere til hans pension, blandt bekymringer om, at det ville reducere plejeelementet i hans arbejde. Selvom de forudsagde en forringelse af hans malerier, formidlede hans senere værker en fredfyldthed, der mangler hans tidligere stykker. For nylig viste det sig, at den fraktale kompleksitet i hans malerier faldt støt, da han gled i demens. Undersøgelsen fokuserede på syv kunstnere med forskellige neurologiske tilstande og fremhævede potentialet ved at bruge kunstværker som et nyt redskab til at studere disse sygdomme. For mig er det mest inspirerende budskab, at kunstnere, når de bekæmper disse sygdomme, stadig kan skabe smukke kunstværker.
At erkende, hvordan man ser på fraktaler reducerer stress, betyder, at det er muligt at skabe nethindimplantater, der efterligner mekanismen. (Nautilus-billede via www.shutterstock.com) Min primære forskning fokuserer på at udvikle nethindeimplantater for at gendanne synet til ofre for nethindesygdomme. Ved første øjekast synes dette mål langt fra Pollocks kunst. Alligevel var det hans arbejde, der gav mig den første ledetråd til fraktalflydelse og den rolle, naturens fraktaler kan spille for at holde folks stressniveauer i skak. For at sikre, at mine bioinspirerede implantater inducerer den samme stressreduktion, når man ser på naturens fraktaler, som normale øjne gør, efterligner de netop nethindens design.
Da jeg begyndte på min Pollock-undersøgelse, havde jeg aldrig forestillet mig, at den ville informere om kunstige øjne-design. Dette er dog kraften i tværfaglige bestræbelser - at tænke "ude af kassen" fører til uventede, men potentielt revolutionerende ideer.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Richard Taylor, direktør for Materials Science Institute og professor i fysik, University of Oregon
