En orm upprepar sitt mönster i olika vågar. Michael , CC BY-NC

Människor är visuella varelser. Objekt som vi kallar "vackra" eller "estetiska" är en viktig del av vår mänsklighet. Även de äldsta kända exemplen på sten och grotta konst serveras estetiska snarare än utilitariska roller. Även om estetik ofta betraktas som en odefinierad vag kvalitet, forskningsgrupper som min använder sofistikerade tekniker för att kvantifiera den - och dess inverkan på observatören.

Vi finner att estetiska bilder kan ge upphov till svåra förändringar i kroppen, inklusive radikala minskningar i observatörens stressnivåer. Arbetstryck ensam beräknas kosta amerikanska företag många miljarder dollar årligen, så att studera estetik har en enorm potentiell fördel för samhället.

Forskare är untangling precis som gör särskilda konstverk eller naturliga scener visuellt tilltalande och stressavlastande - och en avgörande faktor är närvaron av de repetitiva mönster som kallas fraktaler.

Nöjda mönster, i konst och i naturen

När det gäller estetik, vem är det bättre att studera än kända artister? De är ju de visuella experterna. Min forskningsgrupp tog detta tillvägagångssätt med Jackson Pollock, som steg till toppen av modern konst i slutet av 1940s genom att hälla färg direkt från en burk på horisontella canvaser som ligger över hans studio golv. Trots att striderna rasade bland Pollock-forskare angående betydelsen av hans splittrade mönster, kom många överens om att de hade en organisk, naturlig känsla för dem.

Min vetenskapliga nyfikenhet rördes om när jag lärde mig det många av naturens föremål är fraktala, med mönster som upprepas med alltmer fina förstoringar. Tänk till exempel på ett träd. Först ser du att de stora grenarna växer ut ur bagaget. Då ser du mindre versioner som växer ut ur varje stor gren. När du fortsätter att zooma in visas finare och finare grenar, hela vägen ner till de minsta kvistarna. Andra exempel på naturens fraktaler inkluderar moln, floder, kuster och berg.

I 1999 använde min grupp analysmetoder för datormönster för att visa det Pollocks målningar är som fraktal som mönster som finns i naturen. Sedan dess, mer än 10 olika grupper har utfört olika former av fraktalanalys på hans målningar. Pollocks förmåga att uttrycka naturens fraktalestetik hjälper till att förklara den fortsatta populariteten av hans arbete.

Effekten av naturens estetik är överraskande kraftfull. I 1980s fann arkitekterna att patienterna återhämtade sig snabbare från operationen när de gavs sjukhusrum med fönster som ser ut på naturen. Andra studier sedan dess har visat att bara titta på bilder av naturliga scener kan förändra sättet på en persons autonoma nervsystem reagerar på stress.

Är fraktaler hemligheten för vissa lugnande naturbilder? Ronan, CC BY-NC-ND

För mig uppstår det samma fråga som jag hade bett om Pollock: Är fraktaler ansvariga? Samarbeta med psykologer och neuroscientists, Vi mätte människors svar på fraktaler i naturen (med bilder av naturbilder), konst (Pollocks målningar) och matematik (datorgenererade bilder) och upptäckte en universell effekt som vi märkt "fraktal flyktighet. "

Genom exponering för naturens fraktal landskap har människors visuella system anpassat sig till att effektivt bearbeta fraktaler med lätthet. Vi fann att denna anpassning sker i många stadier av det visuella systemet, från hur våra ögon rör sig till vilka regioner i hjärnan aktiveras. Denna flythet sätter oss i en komfortzon och så vi tycker om att titta på fraktaler. avgörande vi använde EEG att registrera hjärnans elektriska aktivitet och hudledningsteknik för att visa att denna estetiska erfarenhet åtföljs av stressreducering av 60-procenten - en överraskande stor effekt för en icke-medicinsk behandling. Denna fysiologiska förändring accelererar till och med efter kirurgisk återhämtningsgrad.

Konstnärer intuit överklagandet av fraktaler

Det är därför inte förvånande att lära sig att konstnärer som visuella experter har bäddat in fraktalmönster i sina verk genom århundradena och över många kulturer. Fractals kan hittas, till exempel i romerska, egyptiska, aztec, inkan och maya verk. Mina favorit exempel på fraktalkonst från senare tid inkluderar da Vincis turbulens (1500), Hokusai's Great Wave (1830), MC Eschers cirkelserie (1950s) och, naturligtvis, Pollock hällde målningar.

Även om det förekommer i konst representerar fraktalrepetitionen av mönster en konstnärlig utmaning. Till exempel har många försökt att förfalska Pollocks fraktaler och misslyckats. Faktum är att vår fraktalanalys har hjälpte identifiera falska Pollocks i högprofilerade fall. Nyliga studier av andra visar att fraktalanalys kan hjälp skilja riktiga från falska Pollocks med en framgångsgrad på 93 procent.

Hur artister skapar sina fraktaler bränner den natur-versus-nurture debatten i konst: I vilken utsträckning bestäms estetiken av automatiska omedvetna mekanismer som är inneboende i konstnärens biologi, i motsats till deras intellektuella och kulturella problem? I Pollocks fall resulterade hans fraktalestetik från en spännande blandning av båda. Hans fraktala mönster härstammar från hans kroppsrörelser (speciellt en automatisk process relaterad till balans känt att vara fraktal). Men han spenderade 10 år medvetet raffinera sin hällteknik för att öka den visuella komplexiteten hos dessa fraktmönster.

Fractalkomplexitet

Pollocks motivation för att ständigt öka komplexiteten hos hans fraktmönster blev tydlig nyligen när jag studerade fraktala egenskaper hos Rorschach inkblots. Dessa abstrakta blottar är kända för att människor ser imaginära former (figurer och djur) i dem. Jag förklarade denna process med avseende på fraktal flyt effekten, vilket förbättrar människors mönsterigenkänningsprocesser. De komplexa fraktalbläckningarna med låg komplexitet gjorde denna process utlösande-glada, lurande observatörer till att se bilder som inte finns där.

Pollock ogillade tanken att tittarna på hans målningar blev distraherade av sådana imaginära figurer, som han kallade "extra last". Han ökade intuitivt komplexiteten i hans verk för att förhindra detta fenomen.

Pollocks abstrakta expressionistiska kollega, Willem De Kooning, även målade fraktaler. När han diagnostiserades med demens, krävde vissa konstvetenskapsmän sin pension i anledning av att det skulle minska vårdkomponenten i hans arbete. Ändå, även om de förutspådde en försämring av hans målningar, hans senare fungerar förmedlade en fridfullhet saknas från hans tidigare stycken. Nyligen visade sig hans målningar fraktalkomplexiteten sjunka stadigt när han glider i demens. Studien fokuserade på sju artister med olika neurologiska förhållanden och lyfte fram potentialen att använda konstverk som ett nytt verktyg för att studera dessa sjukdomar. För mig är det mest inspirerande budskapet att konstnärer, när de bekämpar dessa sjukdomar, fortfarande kan skapa vackra konstverk.

Min huvudsakliga forskning fokuserar på utveckla retinala implantat för att återställa synen till offer för retina sjukdomar. Vid första anblicken verkar detta mål långt ifrån Pollocks konst. Ändå var det hans arbete som gav mig den första ledtråden till fraktal flyt och rollen som naturens fraktaler kan spela för att hålla människans stressnivåer i kontroll. Till se till att mina bioinspirerade implantat medför samma spänningsreduktion När man tittar på naturens fraktaler som vanliga ögon, så mimar de nära näthinnans design.

När jag började min Pollock-forskning föreställde jag mig aldrig att det skulle informera konstgjorda ögondesigner. Detta är dock kraften i tvärvetenskapliga ansträngningar - tänkande "ur lådan" leder till oväntade men potentiellt revolutionerande idéer.

Om författaren

Richard Taylor, direktör för Materials Science Institute och professor i fysik, University of Oregon

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon