De beweegredenen van het menselijk oog

'Een ogenblik.' Wie er even bij stilstaat, beseft dat die termniet toevallig onze taal is binnengeslopen. Er zijn maar weiniglichaamsdelen die zo voortdurend in beweging zijn en die dus zokortstondig stilstaan als onze ogen. "En dat is maar goed ook",zegt prof.dr. Caspar Erkelens, die is aagesteld in de faculteitNatuur- en Sterrenkunde met als leeropdracht de fysica van de mens."De beweging van de oogbol is namelijk essentieel voor het zien.Dat komt omdat het netvlies alleen verschillen in lichtintensiteitregistreert. Zonder de permanente beweging van onze ogen zouden wealleen maar een grijze vlek zien."

Oogbewegingen zijn dus onmisbaar voor de waarneming. Toch wordenze pas de laatste vijftien jaar in samenhang met het zienbestudeerd, vertelt Erkelens. "Tot ver na de Tweede Wereldoorlogbestond er een strikte scheiding tussen neurologen die de visuelewaarneming bestudeerden en onderzoekers zoals de militaire artsF.C. Donders, die zich bezig hielden met de bewegingen van deoogbol. Pas recent is het besef gegroeid dat die twee niet los vanelkaar staan en dat er sprake is van één groot circuit.Beelden bereiken via ons netvlies de hersenen en zetten daar eenneuraal regelsysteem in werking dat onder meer voor oogbewegingenzorgt. Die zorgen er op hun beurt voor dat weer nieuwe informatienaar de hersenen wordt gestuurd. De kernvraag in het onderzoek naaroogbewegingen, waarin medici, biologen, fysici, psychologen eninformatici tegenwoordig nauw samenwerken, is hoe dat circuitprecies werkt."

Omdat oogbewegingen een curieuze mengeling vertonen van reflexen vrijwillige sturing (zie kader) is het zien volgens Erkelens eensoort testterrein geworden voor vragen over de manier waarop onsbewustzijn werkt. Als we onze blik op een voorwerp richten is dateen bewuste actie en dat zou dus pleiten voor de opvatting dat hetmenselijk handelen vrij en autonoom is. Maar tot op zekere hoogteis dat schijn, want veel oogbewegingen worden gestuurd door wat erin het blikveld gebeurt.

Erkelens: "In een recent experiment kregen mensen de opdracht omhun blik op een beeldscherm op een bepaald object te richten.Tijdens het experiment werd de beweging van hun ogen gemeten. Hetinteressantewas dat zodra er elders op dat scherm een nieuw beeldjeoplichtte, de blik van de proefpersonen automatisch heel even naardat nieuwe beeld gleed. Hoezeer men de oogbeweging ook probeerde tebeheersen, dat kortstondige afglijden bleek men niet te kunnentegenhouden."

Reclame

Hoe boeiend vragen rond de menselijke autonomie ook mogen zijn,uit de congresthema's blijkt dat het onderzoek naar oogbewegingentegenwoordig vooral praktisch geïnspireerd is. Erkelens:"Centraal in het onderzoek staat de speurtocht naar algoritmes, zegmaar algemeen geldende regels voor de manier waarop mensen naarbeelden kijken. Dat gebeurt vooral door oogbewegingen in kaart tebrengen van mensen die een bepaalde opdracht uitvoeren. Op diemanier hopen wij te weten te komen welke stimuli (bijvoorbeeld eenbepaalde kleur of vorm of een plaats in het beeld) het meest deaandacht trekken."

Dat die kennis commercieel aantrekkelijk kan zijn, mag blijkenuit het bekende voorbeeld van uitgevers van erotische bladen dievoor het maken van een zo effectief mogelijke cover via deoogbewegingen van proefpersonen probeerden te achterhalen waarmannen het eerst naar keken bij het zien van naaktfoto's. Maar ookvoor respectabeler commerciële doeleinden wordt tegenwoordigsteeds meer gebruik gemaakt van onderzoek naar oogbewegingen.

Erkelens: "Je kunt je voorstellen dat adverteerders graag willenweten welk soort reclame de aandacht trekt. Als je daarvoor eenalgemeen geldend algoritme zou kunnen vinden, dan zou je bij wijzevan spreken kunnen uitrekenen hoe een advertentie eruit moet zienen waar hij moet hangen om op te vallen."

Erkelens zelf werkt samen met onderzoekers van TNO uitSoesterberg aan vraagstukken van patroonherkenning. "Wij proberenvia de oogbewegingen van proefpersonen te analyseren op welkemanier zij op foto's naar voorwerpen zoeken, welke patronen ze welen niet herkennen. Dat is bijvoorbeeld van belang voor de analysevan luchtfoto's, maar het wordt ook steeds interessanter voor demedische wereld, waar artsen eindeloze series scans en MRI-beeldenmoeten doorworstelen.

"Als je zou kunnen achterhalen hoe mensen naar zulke foto'skijken, kun je proberen de afbeelding zo te manipuleren dat de kansop herkenning van wat herkend moet worden, het grootst is. Maarbovendien hopen we uit zulke experimenten algoritmes te kunnenafleiden waarmee we computers kunnen programmeren om die grotehoeveelheden foto's te scannen en een eerste selectie te maken.Zover is het nu nog niet, maar we zijn al wel een eind op weg.Gezien de toenemende hoeveelheid visuele informatie zou het vindenvan een dergelijk algoritme natuurlijkeen doorbraak van belangzijn."

Erik Hardeman

Vijf oogbewegingen

Onze ogen kunnen ruwweg vijf verschillende soorten bewegingenmaken. Drie daarvan worden min of meer door onze wil gestuurd.

1) De smooth pursuit die ervoor zorgt dat onze blik een voorwerpvolgt. Interessant is dat deze beweging weliswaar vrijwillig wordtuitgevoerd, maar dat we niet in staat zijn om de snelheid ervan tebeïnvoeden. We volgen een voorwerp altijd met de snelheid vandat voorwerp.

2) De saccade, een razendsnelle beweging die de blik richt opeen bepaald object en die onder meer wordt gebruikt bij het lezen.Een saccade duurt tussen de vijftig en honderd milliseconde enheeft een snelheid van zes- à zevenhonderd graden (ofwel bijnatweemaal in de rondte) per seconde. Dat lijkt snel maar onderzoekheeft uitgewezen dat apen een saccade nog eens tweemaal zo sneluitvoeren als mensen.

3) De vergentie die bijdraagt aan het zien van diepte. Deels isdit een reflex die ervoor zorgt dat we voorwerpen scherp zienongeacht hun afstand. Maar deels kunnen wij deze beweging toch ookbeïnvloeden, bij voorbeeld als we diepte proberen te zien ineen stereogram.

4) De vestibulo-oculaire reflex die samenhangt met hetevenwichtsorgaan en die ervoor zorgt dat als het hoofd beweegt, deogen ter compensatie in tegengestelde richting bewegen.

5) De opto-kinetische reflex, die de blik aanpast aan snelbewegende voorwerpen, bijvoorbeeld het voorbijrazende landschapvanuit een trein.

De laatste twee bewegingen zijn pure reflexen.

Helmholtz versus Hering

Wanneer je je ene oog afdekt en met je andere oog een bewegingmaakt, dan gaat het afgedekte oog automatisch mee, of je wilt ofniet. Een van de nog steeds niet opgeloste vraagstukken in debiofysica is de vraag of deze koppeling tussen onze twee ogen isaangeboren of aangeleerd. Ruim een eeuw geleden stelde de Duitsefysioloog Ewald Hering dat er sprake was van ééncommandocentrum in de hersenen dat beide ogen aanstuurt. Zijncollega Hermann von Helmholtz bestreed deze visie en stelde dat ersprake is vanafzonderlijke centra voor het linker- en hetrechteroog, net zoals dat het geval is voor bijvoorbeeld de handenen de benen. Omdat met de synchrone beweging van de twee ogen debeste resultaten kunnen worden behaald, zouden deze twee centraechter van jongs af aan hebben aangeleerd om samen te werken.Curieus genoeg is Erkelens als directeur van de HelmholtzOnderzoekschool, een aanhanger van de Hering-doctrine. Recentneurofysiologisch onderzoek lijkt nu echter te wijzen op demogelijkheid dat beide heren gelijk hadden en dat de tweeopvattingen met elkaar verzoend kunnen worden.

Ooggestuurde pc

In het Oostenrijkse Graz is vorig jaar eeneye-writergeconstrueerd voor mensen die zo sterk gehandicapt zijn dat zij opgeen enkele andere manier meer kunnen communiceren. Via electrodenwordt de stand van de ogen 'vertaald' in stroom van een bepaaldvoltage, die op zijn beurt de plaats bepaalt van een cursor op eencomputerscherm. Door zijn ogen te bewegen kan de patiënt dus,alsof hij een muis bedient, zijn cursor over het scherm bewegen enletters 'aanklikken'. De eerste eye-writer werd in november 1998 ingebruik genomen. Behalve voor het schrijven van korte teksten kanhet systeem ook worden gebruikt voor het via het computerschermaan- en uitdoen van het licht en voor het openen en sluiten vandeuren en ramen.

Ooggetuigen

Om te testen of oogbewegingen toegang geven tot het geheugenkreeg een aantal proefpersonen een aantal portretten van onbekendepersonen te zien. Vervolgens werd hen gevraagd een aantal collageste bekijken van meerdere portretfoto's. Elk collage bestond voor dehelft uit eerder bestudeerde portretten en voor de andere helft uitnieuwe gezichten.

Wanneer de proefpersonen werd gevraagd om te proberen gezichtenop de foto's te herkennen, richtte hun blik zich meteen op deeerder bekeken gezichten, zo bleek uit een analyse van hunoogbewegingen. Maar ook als hen werd gevraagd om de foto's zo maarte bekijken, was er sprake van een sterke concentratie van de blik,nu echter juist op de onbekende gezichten. In beide gevallen had deherinnering aan de eerder geziene portretten dus invloed op degemaakte oogbewegingen.

Later werd dezelfde test uitgevoerd met proefpersonen met eengeheugenstoornis. Deze proefpersonen, die zich de eerder getoondegezichten absoluut niet konden herinneren, bleken exact dezelfdeoogbewegingen te maken als de proefpersonen met een goed geheugen.Kennelijk biedt een analyse van oogbewegingen dus een goedeindirecte toegang tot het geheugen. Het bestuderen vanoogbewegingen vanooggetuigen tijdens een confrontatie met demogelijke daders van een misdrijf zou volgens de onderzoekers duseen nuttig hulpmiddel kunnen zijn bij het identificeren vanverdachten.

Leesgedrag

Wanneer wij een tekst lezen springt onze blik in razendsnellebewegingen (saccades) van woord naar woord. Uit onderzoek vanoogbewegingen was al bekend dat de blik telkens 'landt' halverwegehet begin en de helft van een woord. Om een verklaring voor dezedecentrale PLP (preferred landing position) te vinden werden in eenexperiment de oogbewegingen van proefpersonen gevolgd, terwijl zijnaar reeksen letters keken. Als er sprake was van woorden (of vanbetekenisloze combinaties van letters met de lengte van woorden)landde de blik inderdaad links van het midden van elk woord. Als deproefpersonen echter naar ononderbroken reeksen letters keken,landde hun blik precies in het midden van zo'n reeks.

Kennelijk speelt bij het maken van oogbewegingen tijdens hetlezen leeservaring dus een rol, zo concluderen de onderzoekers.Lezers weten uit ervaring dat hun blik zich in een tekst van linksnaar recht beweegt en zorgen er door de links-georiënteerdelandingspositie dus voor dat er bij het lezen zo weinig mogelijktijdverlies optreedt. Als er daarentegen sprake is vanéén continue reeks letters is het midden van die reeks demeest efficiënte landingsplaats voor het bekijken van de helereeks.

Adverteren op internet

Om te onderzoeken of advertenties op internet effect hebben,werd aan acht ervaren gebruikers gevraagd om door over het web tesurfen binnen dertig minuten tien vragen te beantwoorden. Ze kregenzeven pagina's op als startpunt en mochten geen zoekprogramma'sgebruiken. Uit een registratie van de oogbewegingen van deproefpersonen bleek dat zij de advertenties op de door hen bezochtepagina's gedurende het hele experiment geen blik waardig keurden.Zelfs bij het downloaden van tekst als alleen de advertentie tezien was, keken de proefpersonen naar een ander deel van hetscherm. Terwijl ontwerpers van webpagina's ervan uitgaan dat heftigflikkerende advertenties de aandacht trekken, blijken ze degebruikers in werkelijkheid dus juist te hinderen. Om te voorkomendat hun blik toch naar de advertentie werd getrokken, gingensommige proefpersonen zelfs met hun cursor bewegen om maar ietsanders te hebben om naar te kijken.