蕨類植物以不同的尺度重複其模式。 邁克爾· , CC BY-NC
人類是視覺生物。 我們稱之為“美麗”或“美學”的物體是我們人類的重要組成部分。 即使是最古老的已知例子 岩石和洞穴藝術服務於美學 而不是功利主義的角色。 雖然美學通常被認為是一種定義不明確的質量， 像我這樣的研究小組 正在使用複雜的技術來量化它 - 以及它對觀察者的影響。 
我們發現美學圖像可以引起身體的驚人變化，包括 觀察者壓力水平的急劇減少。 僅工作壓力估計會使美國企業付出代價 每年數十億美元因此，研究美學對社會具有巨大的潛在利益。
研究人員正在解開使特定的藝術作品或自然場景具有視覺吸引力和減輕壓力的原因 - 一個關鍵因素是重複模式的存在，稱為分形。
藝術和自然中令人愉悅的圖案
談到美學，誰比著名藝術家更好學習？ 畢竟，他們是視覺專家。 我的研究小組採用了這種方法 傑克遜·波洛克他在1940晚期通過將油漆直接從罐子上澆到他工作室地板上的水平畫布上而崛起為現代藝術的巔峰。 雖然波洛克學者之間就他的潑濺圖案的含義激烈爭吵，但許多人認為他們對他們有一種有機的，自然的感覺。
當我了解到這一點時，我的科學好奇心被激起了 許多大自然的物體都是分形的，具有在越來越精細的放大倍數下重複的圖案。 例如，想一棵樹。 首先你看到樹幹長出了大樹枝。 然後你會看到每個大分支都有較小的版本。 當您不斷放大時，會出現更細更精細的分支，一直到最小的樹枝。 自然分形的其他例子包括雲，河流，海岸線和山脈。
在1999中，我的小組使用計算機模式分析技術來表明這一點 波洛克的繪畫是分形的 作為自然風光中的圖案。 從那時起，超過10 不同的群體 已經表演了 各種形式的分形分析 在他的畫作。 波洛克表達自然分形美學的能力有助於解釋他作品的持久受歡迎程度。
自然美學的影響令人驚訝地強大。 在1980中，建築師發現患者在給予時可以更快地從手術中恢復 有看在自然的窗口的醫院房間。 此後的其他研究表明，只看自然場景的圖片可以改變一個人的自主神經系統的方式 應對壓力.
分形是一些舒緩的自然場景的秘密嗎？ 羅南, CC BY-NC-ND
對我來說，這提出了我對波洛克提出的同樣問題：分形是否負責？ 與心理學家和神經科學家合作， 我們測量了人們對分形的反應 在自然中發現（使用自然場景的照片），藝術（波洛克的繪畫）和數學（計算機生成的圖像），並發現了我們標記的普遍效果“分形流暢“
通過暴露自然的分形景觀，人們的視覺系統已經適應了有效地處理分形。 我們發現這種適應發生在視覺系統的許多階段，從我們的眼睛移動到大腦的哪些區域被激活的方式。 這種流暢性使我們處於一個舒適的區域，所以我們喜歡看分形。 最重要的是， 我們用過EEG 記錄大腦的電活動和 皮膚電導技術 為了表明這種美學體驗伴隨著60百分比的壓力減少 - 對非醫療治療產生了驚人的巨大影響。 這種生理變化甚至加速 術後恢復率.
藝術家直覺分形的吸引力
因此，作為視覺專家，藝術家們通過幾個世紀以及跨越多種文化將分形模式嵌入其作品中並不奇怪。 分形可以在羅馬，埃及，阿茲特克，印加和瑪雅作品中找到。 我最近最喜歡的分形藝術的例子包括 達芬奇的湍流 （1500） 北齋的偉大浪潮 （1830） MC Escher的圓形系列 （1950s），當然， 波洛克的畫作.
儘管在藝術中普遍存在，但是圖案的分形重複代表了藝術挑戰。 例如，許多人試圖偽造波洛克的分形並失敗。 實際上，我們的分形分析已經存在 幫助識別假波洛克 在備受矚目的案件中。 其他人最近的研究表明，分形分析可以 幫助區分真實與假波洛克 成功率為93％。
藝術家如何創造他們的分形為藝術中的自然與培育辯論提供動力：美學在多大程度上取決於藝術家生物學中固有的自動無意識機制，而不是他們的知識和文化問題？ 在波洛克的案例中，他的分形美學源於兩者的有趣混合。 他的分形模式起源於他的身體運動（特別是 與餘額相關的自動過程 已知是分形的）。 但他花了十幾年的時間有意識地改進他的澆注技術，以增加這些分形圖案的視覺複雜性。
分形複雜性
最近，當我研究分支模式時，波洛克不斷增加分形模式複雜性的動機變得明顯 羅夏墨蹟的分形特徵。 這些抽象的污點很有名，因為人們在其中看到了想像的形式（人物和動物）。 我用分形流暢效果解釋了這個過程，這增強了人們的模式識別過程。 低複雜度的分形墨跡讓這個過程觸發了快樂，愚弄觀察者看到不存在的圖像。
波洛克不喜歡他的畫作的觀眾被這些想像中的人物分散注意力的想法，他稱之為“額外的貨物”。他直觀地增加了他的作品的複雜性以防止這種現象。
波洛克的抽象表現主義同事， Willem De Kooning，還畫了分形。 當他被診斷患有癡呆症時，一些藝術學者呼籲他退休，因為擔心這會減少他工作的培養成分。 然而，雖然他們預測他的畫作會惡化 後來的作品 表達了和平 他早期的作品遺失了。 最近，他的繪畫的分形複雜性被證明了 當他陷入癡呆症時，他會穩步下降。 該研究的重點是七位具有不同神經系統狀況的藝術家，並強調了將藝術作品用作研究這些疾病的新工具的潛力。 對我來說，最鼓舞人心的信息是，在對抗這些疾病時，藝術家仍然可以創作出精美的藝術品。
我的主要研究重點是 開發視網膜植入物以恢復視力 對視網膜疾病的受害者。 乍一看，這個目標似乎與波洛克的藝術相差甚遠。 然而，正是他的工作為我提供了分形流暢性的第一個線索，以及大自然的分形在控制人們壓力水平方面的作用。 至 確保我的生物激發植入物能夠減少同樣的壓力 當像普通眼睛一樣觀察大自然的分形時，它們非常模仿視網膜的設計。
當我開始我的波洛克研究時，我從沒想過它能告知人工眼睛的設計。 然而，這是跨學科努力的力量 - 思考“開箱即用”會導致意想不到但具有潛在革命性的想法。
關於作者
Richard Taylor，材料科學研究所所長，物理學教授， 俄勒岡大學
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