Une fougère répète son patron à différentes échelles. Michael , CC BY-NC

Les humains sont des créatures visuelles. Les objets que nous appelons «beaux» ou «esthétiques» sont une partie cruciale de notre humanité. Même les plus anciens exemples connus de art rupestre et rupestre servi esthétique plutôt que des rôles utilitaires. Bien que l'esthétique soit souvent considérée comme une qualité vague mal définie, des groupes de recherche comme le mien utilisent des techniques sophistiquées pour le quantifier - et son impact sur l'observateur.

Nous constatons que les images esthétiques peuvent induire des changements stupéfiants dans le corps, y compris réductions radicales des niveaux de stress de l'observateur. On estime que le stress professionnel à lui seul coûte aux entreprises américaines plusieurs milliards de dollars par anL'étude de l'esthétique représente donc un énorme avantage potentiel pour la société.

Les chercheurs sont en train de démêler ce qui rend les œuvres d'art ou les scènes naturelles visuellement attrayantes et stressantes - et un facteur crucial est la présence de motifs répétitifs appelés fractales.

Des motifs agréables, dans l'art et dans la nature

Quand il s'agit d'esthétique, qui de mieux étudier que des artistes célèbres? Ils sont, après tout, les experts visuels. Mon groupe de recherche a pris cette approche avec Jackson Pollock, qui a atteint le sommet de l'art moderne à la fin de 1940s en versant de la peinture directement à partir d'une canette sur des toiles horizontales posées sur le sol de son studio. Bien que les batailles fassent rage parmi les érudits de Pollock concernant la signification de ses modèles éclaboussés, beaucoup ont convenu qu'ils avaient une sensation organique et normale à eux.

Ma curiosité scientifique a été émue quand j'ai appris que beaucoup d'objets de la nature sont fractales, avec des motifs qui se répètent à des grossissements de plus en plus fins. Par exemple, pensez à un arbre. D'abord vous voyez les grosses branches qui poussent hors du tronc. Ensuite, vous voyez des versions plus petites de chaque grande branche. Pendant que vous continuez à zoomer, des branches plus fines et plus fines apparaissent, jusqu'aux plus petites brindilles. D'autres exemples de fractales de la nature comprennent les nuages, les rivières, les côtes et les montagnes.

Dans 1999, mon groupe a utilisé des techniques d'analyse de modèles informatiques pour montrer que Les peintures de Pollock sont aussi fractales comme des motifs trouvés dans les paysages naturels. Depuis lors, plus de 10 différents groupes avoir exécuté diverses formes d'analyse fractale sur ses peintures. La capacité de Pollock à exprimer l'esthétique fractale de la nature aide à expliquer la popularité durable de son travail.

L'impact de l'esthétique de la nature est étonnamment puissant. Dans les 1980, les architectes ont constaté que les patients récupéraient plus rapidement de la chirurgie lorsqu'ils recevaient chambres d'hôpital avec des fenêtres donnant sur la nature. D'autres études ont depuis démontré que regarder des images de scènes naturelles peut changer la façon dont le système nerveux autonome d'une personne répond au stress.

Les fractales sont-elles le secret de certaines scènes naturelles apaisantes? Ronan, CC BY-NC-ND

Pour moi, cela soulève la même question que celle que j'avais posée à Pollock: les fractales sont-elles responsables? Collaborer avec des psychologues et des neuroscientifiques, nous avons mesuré les réponses des gens aux fractales trouvé dans la nature (en utilisant des photos de scènes naturelles), l'art (les peintures de Pollock) et les mathématiques (images générées par ordinateur) et a découvert un effet universel que nous avons étiqueté "fluidité fractale. »

Grâce à l'exposition au paysage fractal de la nature, les systèmes visuels des gens se sont adaptés pour traiter efficacement les fractales avec facilité. Nous avons constaté que cette adaptation se produit à plusieurs étapes du système visuel, de la façon dont nos yeux se déplacent vers les régions du cerveau qui sont activées. Cette fluidité nous met dans une zone de confort et nous aimons regarder les fractales. Crucialement, nous avons utilisé l'EEG pour enregistrer l'activité électrique du cerveau et techniques de conductance cutanée pour montrer que cette expérience esthétique s'accompagne d'une réduction du stress de 60% - un effet étonnamment important pour un traitement non médicamenteux. Ce changement physiologique accélère même taux de récupération post-chirurgicale.

Les artistes comprennent l'attrait des fractales

Il n'est donc pas surprenant d'apprendre qu'en tant qu'experts visuels, les artistes ont intégré des modèles fractaux dans leurs œuvres à travers les siècles et dans de nombreuses cultures. Les fractales peuvent être trouvées, par exemple, dans les œuvres romaines, égyptiennes, aztèques, incas et mayas. Mes exemples préférés de l'art fractal des temps plus récents comprennent Turbulence de Vinci (1500), La Grande Vague de Hokusai (1830), Série Cercle MC Escher (1950s) et, bien sûr, Les peintures coulées de Pollock.

Bien que répandue dans l'art, la répétition fractale de motifs représente un défi artistique. Par exemple, beaucoup de gens ont tenté de simuler les fractales de Pollock et ont échoué. En effet, notre analyse fractale a a aidé à identifier de faux Pollock dans des cas très médiatisés. Des études récentes par d'autres montrent que l'analyse fractale peut aider à distinguer les fausses Pollock avec un taux de réussite 93 en pourcentage.

Comment les artistes créent leurs fractales alimente le débat nature-contre-culture dans l'art: dans quelle mesure l'esthétique est-elle déterminée par des mécanismes inconscients automatiques inhérents à la biologie de l'artiste, par opposition à leurs préoccupations intellectuelles et culturelles? Dans le cas de Pollock, son esthétique fractale résultait d'un mélange intrigant des deux. Ses motifs fractaux provenaient de ses mouvements corporels processus automatique lié à l'équilibre connu pour être fractal). Mais il a passé des années 10 affiner consciemment sa technique de coulée pour augmenter la complexité visuelle de ces modèles fractaux.

Complexité fractale

La motivation de Pollock pour augmenter continuellement la complexité de ses modèles fractaux est devenue apparente récemment quand j'ai étudié le propriétés fractales des taches d'encre de Rorschach. Ces taches abstraites sont célèbres parce que les gens y voient des formes imaginaires (figures et animaux). J'ai expliqué ce processus en termes d'effet de fluidité fractale, ce qui améliore les processus de reconnaissance des formes des gens. Les taches d'encre fractales de faible complexité ont rendu ce processus joyeux, trompant les observateurs dans la vision d'images qui n'existent pas.

Pollock a détesté l'idée que les téléspectateurs de ses peintures ont été distraits par de telles figures imaginaires, qu'il a appelées «la cargaison supplémentaire.» Il a intuitivement augmenté la complexité de ses travaux pour empêcher ce phénomène.

Collègue expressionniste abstrait de Pollock, Willem De Kooning, a également peint des fractales. Quand il a été diagnostiqué avec la démence, certains savants de l'art ont appelé à sa retraite au milieu des préoccupations que cela réduirait la composante de l'éducation de son travail. Pourtant, bien qu'ils prédisaient une détérioration de ses peintures, son travaux ultérieurs transmis une tranquillité manquant de ses pièces antérieures. Récemment, la complexité fractale de ses peintures a été montré à laisser tomber régulièrement comme il a glissé dans la démence. L'étude s'est concentrée sur sept artistes ayant des conditions neurologiques différentes et a mis en évidence le potentiel de l'utilisation des œuvres d'art comme un nouvel outil pour étudier ces maladies. Pour moi, le message le plus inspirant est que, lorsqu'ils luttent contre ces maladies, les artistes peuvent encore créer de belles œuvres d'art.

Ma recherche principale se concentre sur développer des implants rétiniens pour restaurer la vision aux victimes de maladies rétiniennes. À première vue, cet objectif semble loin de l'art de Pollock. Pourtant, c'est son travail qui m'a donné la première idée de la fluidité fractale et le rôle que les fractales de la nature peuvent jouer pour contrôler les niveaux de stress des gens. À assurez-vous que mes implants bio-inspirés induisent la même réduction de stress Lorsqu'ils regardent les fractales de la nature comme des yeux normaux, ils imitent de près la conception de la rétine.

Lorsque j'ai commencé mes recherches sur Pollock, je n'avais jamais imaginé que cela éclairerait les conceptions des yeux artificiels. Ceci, cependant, est le pouvoir des efforts interdisciplinaires - la pensée "hors de la boîte" conduit à des idées inattendues mais potentiellement révolutionnaires.

A propos de l'auteur

Richard Taylor, directeur de l'Institut des sciences des matériaux et professeur de physique, Université de l'Oregon

Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.

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