2. Contributions en physiologie et psychologie des sensations
Expérimentateur de talent, finançant parfois lui-même ses propres recherches, Mach s'intéressa très tôt à la psychophysiologie des sensations, sans doute sous l'influence des physiologistes réputés qui se trouvaient à Vienne vers les années 1860 ; son adhésion au courant antivitaliste, qui favorisait le développement de la biophysique, lui fit considérer que la physique et la physiologie sont sur un même plan.
Parmi les travaux de Mach sur les sensations, il convient de mentionner tout d'abord, outre des recherches sur la physiologie de l'ouïe, sa découverte du rôle des canaux semi-circulaires du labyrinthe de l'oreille interne dans la perception du mouvement. Utilisant un dispositif de chaises en rotation, il montra que nous ne percevons que l'accélération et la décélération, et non les vitesses stationnaires ou l'état de repos ; il attribua cette sensation au mouvement dû à l'inertie du liquide contenu dans les canaux semi-circulaires. Cette explication, proposée indépendamment par deux autres chercheurs, constitue la théorie de Mach-Breuer-Brown, et est encore considérée de nos jours comme correcte dans son principe.
Étudiant la perception visuelle par ses propres observations oculaires, il mit en évidence le phénomène des bandes de Mach, concernant l'augmentation sensorielle des effets de contraste aux régions frontières entre des zones d'inégal éclairement par rapport à la distribution physique de luminosité. Cette augmentation apparente résulte d'une interdépendance des cônes et bâtonnets du réseau sensoriel rétinien. L'importance de cette découverte ne fut reconnue qu'en 1928 ; depuis 1950, les bandes de Mach ont fait l'objet d'études systématiques.
Il faut encore citer l'étude de la différence entre l'espace de la perception et l'espace géométrique. Le second se rapporte aux positions relatives des objets alors que le premier, de nature biologique, concerne la localisation des objets par rapport à notre propre corps et n'est pas métrique : d'où les apparentes anomalies du premier par rapport au second, ou les diversités dans la manière dont on perçoit les symétries (par exemple, l'appareil de vision étant symétrique verticalement, nous avons une perception plus exacte de la symétrie verticale que dans d'autres directions).
Ces travaux, et les conceptions plus générales que Mach en tira dans L'Analyse des sensations, préparent, par la mise en œuvre d'une conception organique ou « holiste » de l'organisation des systèmes sensoriels, certains aspects de la Gestalttheorie en psychologie, dont Mach apparaît comme un des précurseurs.
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