Deconstructing the "Elusive Smile": A Multiscale Spatial Frequency and Vision Transformer Analysis of Affective Ambiguity in Leonardo da Vinci's Mona Lisa
Cette étude valide l'hypothèse de la neurobiologiste Margaret Livingstone concernant le « sourire insaisissable » de la Joconde en démontrant, par le biais du filtrage de fréquence spatiale multi-échelle et de l'analyse par Vision Transformer, que le bonheur perçu du portrait est significativement plus élevé dans les vues périphériques ou lointaines (fréquences spatiales grossières) que dans la vision fovéale directe (fréquences spatiales fines), où l'expression tend vers la neutralité ou la tristesse.
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Depuis des siècles, le tableau le plus célèbre au monde détient un secret qui change selon l'endroit où l'on se tient. Le portrait de Lisa Gherardini, connu sous le nom de la Joconde, semble sourire lorsqu'on le regarde de loin ou du coin de l'œil, pourtant ce même sourire semble s'évanouir ou devenir sombre lorsqu'on regarde directement sa bouche. Ce tour de passe-passe visuel a fasciné les psychologues et les amoureux de l'art, menant à une théorie spécifique sur la façon dont le cerveau humain traite les images. La théorie suggère que nos yeux fonctionnent de deux manières différentes simultanément. Une partie de notre vision, qui est nette et focalisée, voit les détails précis comme la forme exacte d'une lèvre. Une autre partie, qui est plus douce et gère les contours de notre champ de vision, perçoit les formes larges et l'éclairage général. L'idée est que le sourire de la peinture existe dans les formes larges et floues que notre vision périphérique capte, mais disparaît lorsque notre vision centrale, plus nette, tente d'examiner les lignes fines de la bouche.
Jusqu'à présent, cette idée n'était qu'une théorie basée sur l'observation humaine. Cependant, une nouvelle étude a mis cette théorie à l'épreuve en utilisant la technologie informatique moderne. Des chercheurs ont pris une image numérique haute résolution du tableau et l'ont passée dans un système informatique sophistiqué conçu pour reconnaître les émotions humaines. Au lieu de simplement regarder l'image dans son ensemble, l'équipe a décomposé l'image en couches de détails, allant de formes larges et très floues à des textures extrêmement fines et nettes. Ils ont ensuite simulé ce qui se passe lorsqu'une personne se rapproche ou s'éloigne du tableau. Ce faisant, ils ont pu voir exactement quelles parties de l'image faisaient penser à l'ordinateur que la femme était heureuse, et quelles parties lui faisaient penser qu'elle était neutre ou triste. Le but était de voir si une machine, entraînée à reconnaître les visages, éprouverait la même variation d'expression que celle rapportée par les humains depuis des centaines d'années.
Les résultats de cette expérience ont confirmé la théorie de longue date avec une précision surprenante. Lorsque les chercheurs ont analysé l'image en utilisant uniquement les couches larges et à faible niveau de détail — simulant la vue de loin ou du coin de l'œil — l'ordinateur était deux fois plus susceptible de détecter une expression de bonheur. Dans ces conditions, la probabilité que la machine identifie un sourire était d'environ 14 pour cent. Cependant, à mesure que l'analyse intégrait les détails les plus fins et les plus nets — simulant une vue rapprochée où l'œil est fixé directement sur la bouche — la détection du bonheur a chuté brutalement. Dans ce régime de haute résolution, la probabilité que l'ordinateur voie un sourire a chuté de plus de moitié, tombant à environ 6 pour cent. Simultanément, la certitude de l'ordinateur que le visage était neutre a bondi de manière spectaculaire, passant de zéro à près de 58 pour cent. Ce changement reflète exactement ce que les neuroscientifiques ont proposé : le sourire est un produit de la vision grossière de notre cerveau, et il s'efface lorsque le cerveau passe à sa vision fine et détaillée.
L'étude a également révélé quelque chose d'inattendu sur la construction du tableau. Bien que la tendance générale montrait une disparition du bonheur à mesure que l'image devenait plus nette, il existait une plage de détail intermédiaire spécifique où le sourire réapparaissait soudainement, atteignant un pic de probabilité de 20 pour cent. Les chercheurs pensent que cela est dû à la manière unique dont Léonard de Vinci a peint le visage. Il a utilisé une technique appelée sfumato, qui consiste à superposer des dizaines de glacis de peinture fins et translucides pour créer des transitions douces et enfumées entre les couleurs. Lorsque l'ordinateur a isolé cette plage de détail intermédiaire spécifique, il a capté les ombres courbes subtiles aux coins de la bouche créées par ces couches. Ces ombres ressemblaient à un sourire pour le système d'attention de l'ordinateur, même si les lignes réelles des lèvres n'étaient pas incurvées vers le haut. Cela suggère que le mystère du tableau n'est pas seulement un simple tour de magie de la vision floue versus nette, mais une harmonie complexe de différentes fréquences visuelles travaillant ensemble pour créer une expression ambiguë.
Avant ces découvertes, de nombreuses études informatiques avaient simplement considéré le tableau comme une image unique et statique, déclarant qu'il était principalement neutre ou triste. Ces tentatives antérieures n'avaient pas tenu compte de la façon dont l'œil humain voit réellement le monde, ce qui implique un changement constant de focus et de distance. En utilisant un type moderne de vision par ordinateur qui imite la façon dont le cerveau intègre les informations à partir de différentes échelles, cette nouvelle recherche fournit un lien fiable entre l'histoire de l'art, la biologie humaine et l'intelligence artificielle. Elle montre que la qualité énigmatique de la Joconde n'est pas seulement une question d'interprétation artistique, mais une réalité physique encodée dans les fréquences spatiales de la peinture elle-même. L'étude conclut que le sourire est réel, mais que c'est un sourire qui n'existe que lorsque vous ne le regardez pas directement, un phénomène sur lequel les yeux humains et les ordinateurs avancés peuvent désormais s'accorder.
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