En bregne gentager sit mønster i forskellige skalaer. Michael , CC BY-NC
Mennesker er visuelle skabninger. Objekter, vi kalder "smukke" eller "æstetiske", er en afgørende del af vores menneskelighed. Selv de ældste kendte eksempler på klippe- og hulekunst serveret æstetisk snarere end utilitaristiske roller. Selvom æstetik ofte betragtes som en dårligt defineret vag kvalitet, forskningsgrupper som min bruger sofistikerede teknikker til at kvantificere det – og dets indvirkning på observatøren. 
Vi opdager, 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 at studere æstetik har en enorm potentiel fordel for samfundet.
Forskere er ved at udrede, hvad der gør bestemte kunstværker eller naturlige scener visuelt tiltalende og afstressende – og en afgørende faktor er tilstedeværelsen af de gentagne mønstre kaldet fraktaler.
Behagelige mønstre, i kunsten og i naturen
Når det kommer til æstetik, hvem er bedre at studere end kendte kunstnere? De er trods alt de visuelle eksperter. Min forskergruppe tog denne tilgang med Jackson Pollock, der steg til toppen af moderne kunst i slutningen af 1940'erne ved at hælde maling direkte fra en dåse på vandrette lærreder lagt på tværs af hans ateliergulv. Selvom kampe rasede blandt Pollock-lærde om betydningen af hans sprøjtemønstre, var mange enige om, at de havde en organisk, naturlig følelse.
Min videnskabelige nysgerrighed blev vækket, da jeg lærte det mange af naturens genstande er fraktale, med mønstre, der gentages ved stadig finere forstørrelser. Tænk for eksempel på et træ. Først ser man de store grene vokse ud af stammen. Så ser du mindre versioner vokse ud af hver store gren. Når du bliver ved med at zoome ind, kommer der finere og finere grene frem, helt ned til de mindste kviste. Andre eksempler på naturens fraktaler omfatter skyer, floder, kystlinjer og bjerge.
I 1999 brugte min gruppe computermønsteranalyseteknikker til at vise det Pollocks malerier er som fraktale som mønstre, der findes i naturen. Siden da er mere end 10 forskellige grupper har udført forskellige former for fraktal analyse på hans malerier. Pollocks evne til at udtrykke naturens fraktale æstetik hjælper med at forklare hans arbejdes vedvarende popularitet.
Virkningen af naturens æstetik er overraskende kraftig. I 1980'erne fandt arkitekter ud af, at patienter kom sig hurtigere fra operationen, når de blev givet hospitalsstuer med vinduer med udsigt til naturen. Andre undersøgelser siden da har vist, at blot at se på billeder af naturlige scener kan ændre måden en persons autonome nervesystem på. reagerer på stress.
Er fraktaler hemmeligheden bag nogle beroligende naturlige scener? Ronan, CC BY-NC-ND
For mig rejser dette det samme spørgsmål, som jeg havde stillet til Pollock: Er fraktaler ansvarlige? Samarbejde med psykologer og neuroforskere, vi målte folks reaktioner på fraktaler fundet i naturen (ved hjælp af fotos af naturlige scener), kunst (Pollocks malerier) og matematik (computergenererede billeder) og opdagede en universel effekt, vi kaldte "fraktal flydende".
Gennem eksponering for naturens fraktale landskaber har folks visuelle systemer tilpasset sig til effektivt at behandle fraktaler med lethed. Vi fandt ud af, at denne tilpasning sker på mange stadier af det visuelle system, lige fra den måde, vores øjne bevæger sig til, til hvilke områder af hjernen, der bliver aktiveret. Dette flydende sætter os i en komfortzone, og så nyder vi at se på fraktaler. Afgørende, vi brugte EEG at registrere hjernens elektriske aktivitet og hudledningsteknikker at vise, at denne æstetiske oplevelse er ledsaget af stressreduktion på 60 procent – en overraskende stor effekt for en ikke-medicinsk behandling. Denne fysiologiske ændring accelererer endda restitutionsrater efter kirurgi.
Kunstnere indser tiltrækningen af fraktaler
Det er derfor ikke overraskende at erfare, at kunstnere som visuelle eksperter har indlejret fraktale mønstre i deres værker gennem århundreder og på tværs af mange kulturer. Fraktaler kan for eksempel findes i romerske, egyptiske, aztekiske, inka- og mayaværker. Mine yndlingseksempler på fraktal kunst fra nyere tid inkluderer da Vincis turbulens (1500) Hokusai's store bølge (1830) MC Escher's Circle Series (1950'erne) og selvfølgelig Pollocks hældte malerier.
Selvom den er udbredt i kunsten, repræsenterer fraktal gentagelse af mønstre en kunstnerisk udfordring. For eksempel har mange mennesker forsøgt at forfalske Pollocks fraktaler og mislykkedes. Det har vores fraktalanalyse faktisk gjort hjalp med at identificere falske Pollocks i højt profilerede sager. Nylige undersøgelser af andre viser, at fraktal analyse kan hjælpe med at skelne ægte fra falske pollocks med en succesrate på 93 procent.
Hvordan kunstnere skaber deres fraktaler giver næring til natur-versus-næringsdebatten i kunsten: I hvor høj grad bestemmes æstetik af automatiske ubevidste mekanismer, der er iboende i kunstnerens biologi, i modsætning til deres intellektuelle og kulturelle bekymringer? I Pollocks tilfælde var hans fraktale æstetik et resultat af en spændende blanding af begge. Hans fraktale mønstre stammer fra hans kropsbevægelser (specifikt en automatisk proces relateret til balance kendt for at være fraktal). Men han brugte 10 år på bevidst at forfine sin hældeteknik for at øge den visuelle kompleksitet af disse fraktale mønstre.
Fraktal kompleksitet
Pollocks motivation for løbende at øge kompleksiteten af hans fraktale mønstre blev tydelig for nylig, da jeg studerede fraktale egenskaber af Rorschach blækpletter. Disse abstrakte klatter er berømte, fordi folk ser imaginære former (figurer og dyr) i dem. Jeg forklarede denne proces i form af fraktal flydende effekt, som forbedrer folks mønstergenkendelsesprocesser. De fraktale blækpletter med lav kompleksitet gjorde denne proces trigger-glade, og narre observatører til at se billeder, der ikke er der.
Pollock kunne ikke lide tanken om, at seere 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, også malede fraktaler. Da han blev diagnosticeret med demens, opfordrede nogle kunstforskere til hans pensionering på grund af bekymringer om, at det ville reducere plejekomponenten i hans arbejde. Men selvom de forudsagde en forringelse af hans malerier, hans senere fungerer formidlet en fredfyldthed mangler fra hans tidligere stykker. For nylig blev den fraktale kompleksitet af hans malerier vist falde støt, da han gled ind i demens. Undersøgelsen fokuserede på syv kunstnere med forskellige neurologiske tilstande og fremhævede potentialet i at bruge kunstværker som et nyt værktøj til at studere disse sygdomme. For mig er det mest inspirerende budskab, at når de bekæmper disse sygdomme, kan kunstnere stadig skabe smukke kunstværker.
Min hovedforskning fokuserer på udvikle retinale implantater for at genoprette synet til ofre for nethindesygdomme. Ved første øjekast virker dette mål langt fra Pollocks kunst. Alligevel var det hans arbejde, der gav mig det første fingerpeg om fraktal flydende og den rolle, naturens fraktaler kan spille for at holde folks stressniveauer i skak. Til sørg for, at mine bio-inspirerede implantater fremkalder den samme stressreduktion når man ser på naturens fraktaler, som normale øjne gør, efterligner de tæt nethindens design.
Da jeg startede min Pollock-forskning, havde jeg aldrig forestillet mig, at den ville informere kunstige øjendesign. Dette er imidlertid kraften i tværfaglige bestræbelser - at tænke "ud af boksen" fører til uventede, men potentielt revolutionære ideer.
Om forfatteren
Richard Taylor, direktør for Materials Science Institute og professor i fysik, University of Oregon
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.
Relaterede bøger
at InnerSelf Market og Amazon
