In questo capitolo ci occuperemo del percezione del colore, un elemento fondamentale per comprendere la visione negli esseri umani.

Sono state descritte diverse teorie e sono state proposte varie spiegazioni su come utilizziamo la percezione dei colori nel sistema visivo e, sebbene abbiamo imparato molte cose, ce ne sono ancora molte altre da decifrare.

Qui vedremo i meccanismi percettivi del colore e parleremo degli aspetti psicofisici della visione del colore, argomento che solitamente non viene toccato troppo nei trattati sulla percezione visiva.

percezione del colore

Cos'è la percezione del colore

Il colore è un elemento fondamentale per la vita, oltre ad abbellire e ad avere una funzione estetica, svolge un'importante funzione di segnalazione. Il colore facilita l'organizzazione percettiva, in particolare la capacità di differenziare gli oggetti nell'ambiente.

Gli oggetti si vedono con un certo colore a seconda di come viene riflessa la luce che cade su di essi, considerando che la luce stessa è composta da diverse lunghezze d'onda che corrispondono a colori specifici. Sulla base di questo doppio concetto, il colore che vediamo corrispondere a un oggetto è la sua riflettanza, cioè ciò che potremmo descrivere in un grafico dove la percentuale di luce riflessa è rappresentata in funzione della lunghezza d'onda. Se la lunghezza d'onda riflessa occupa una posizione nello spettro vicino a 400 nm, vediamo quell'oggetto come blu, ma se la luce riflessa è intorno a 700 nm, lo vediamo come rosso.

I ricercatori del colore considerano rosso, giallo, verde e blu i colori di base poiché ci consentono di descrivere il resto di tutti i colori che siamo in grado di percepire.

Teoria tricromatica della percezione del colore

Questa teoria è stata proposta nel XNUMX° secolo da Young e Helmholz come risultato della loro ricerca psicofisica basata sulla "corrispondenza dei colori" combinando luci con lunghezze d'onda specifiche.

Una delle principali conclusioni a cui sono giunti è che erano necessarie tre lunghezze d'onda per formare i diversi colori dello spettro. Questo li ha portati a pensare che a livello retinico dovrebbero esserci dei recettori specifici per ognuna di queste tre lunghezze d'onda, cioè tre tipi di fotorecettori con differenti sensibilità spettrali.

La luce che raggiunge il retina stimola tutti i recettori ma a seconda della sua lunghezza d'onda determinerebbe una maggiore risposta nel tipo di recettori sensibili a quella lunghezza d'onda.

come vediamo i colori

Ci sono voluti trent'anni perché i fisiologi trovassero l'origine di questa diversa sensibilità spettrale nei fotorecettori. Ciò è dovuto alla presenza di un diverso pigmento nei coni, tre tipi di pigmento che rispondono in modo specifico alle lunghezze d'onda corta (419 nm), media (531) e lunga (558 nm), corrispondenti ai colori blu, verde e rosso, rispettivamente.

Formazione del colore sulla retina

Se proiettiamo una luce di 430 nm, i coni delle onde corte si attivano e vediamo una luce blu, se ora proiettiamo una luce gialla di 580 nm, essa stimola allo stesso modo i coni delle onde medie e lunghe, quindi la combinazione di luce blu e gialla , poiché stimola allo stesso modo i tre fotorecettori, determina che la percepiamo come luce bianca. Questo fatto è sorprendente perché siamo abituati al fatto che se combiniamo una vernice blu con una gialla, la vediamo come verde, non bianca.

Sappiamo che la nostra percezione dei colori dipende dal modello di attività dei diversi tipi di fotorecettori. Con questo possiamo spiegare il fenomeno del color matching, possiamo generare uno stimolo di percezione del colore come quello che sarebbe dato da una luce a 580 nm, che percepiamo come giallo biancastro, se mescoliamo luci a 530 nm, il verde con altri 620 nm, rosso, che stimolano fortemente i recettori delle onde medie e lunghe e molto piccoli quelli delle onde corte, generando un pattern di percezione giallo, come il precedente.

Infatti, sebbene tutti e tre i fotorecettori siano necessari per un'adeguata percezione del colore, ne basterebbero solo due per avere una percezione del colore quasi normale, mentre uno solo è insufficiente per percepire il colore, poiché l'assorbimento della luce dipende dall'intensità con cui la proiettiamo, essendo in grado di stimolare lo stesso fotorecettore con diverse lunghezze d'onda, semplicemente regolandone l'intensità. Quindi non basta un solo fotorecettore per avere la sensazione dei colori che abbiamo nella vita normale, è quello che si chiama "principio univariato".

Perché abbiamo la percezione del colore?

Hering scoprì che la teoria tricromatica spiegava la maggior parte dei fenomeni cromatici, ma non rispondeva a tutti i problemi sorti. Per questo proponeva una nuova teoria che spiegava la percezione dei colori in base alle risposte opposte generate dal blu-giallo e dal rosso-verde.

Hering lo ha dedotto studiando le immagini residue che vengono generate osservando le lastre colorate. Osservò che la visione di un campoppure il rosso genera un'immagine residua verde e un cartone verde, un'immagine residua rossa e, allo stesso modo, è successo con il blu e il giallo. Hering ha offerto una spiegazione sul piano fisiologico che ha migliorato la concezione della visione dei colori e sebbene oggi si sia visto che non era del tutto vero, è stato possibile confermare parte delle sue scoperte psicofisiche. 

Processo di percezione del colore

L'attuale spiegazione di questa teoria si basa sui risultati nella retina e nel nucleo genicolato laterale dei neuroni con campgli avversari tipo centro-periferia.

Ci sarebbero quattro tipi di combinazioni: Az+ Am-, V+ R-, Am+ Az-, R+ V-. Insieme a questi risultati è stata confermata la presenza dei tre tipi di fotorecettori nella retina descritti nella teoria tricromatica. Vale a dire, che la spiegazione per la visione dei colori era di unificare entrambe le teorie, il tricromatico con il campgli avversari.

Un esempio di come questi due sistemi sono integrati è mostrato in figura, dove il cono L invia un segnale ad una cellula bipolare R+ V-, mentre invia un altro segnale di eccitazione ad una cellula bipolare A che inibisce l'attivazione di la cellula bipolare per Az+ Am-. Le cellule Az+ Am- vengono attivate dalla stimolazione dei coni S ad onda corta, che ci fa percepire il colore blu e se vengono stimolati i coni M e L, all'arrivo di una luce verde e rossa, la cellula si attiva. bipolare A, che inibisce il bipolare Az+ Am- e si percepisce il colore giallo, proprio come accadeva nelle esperienze che i soggetti hanno quando combinano luci di diverse lunghezze d'onda nell'accostamento dei colori.

processo di percezione del colore

Con ciò vediamo che la sequenza cromatica inizia con i fotorecettori, i coni per le lunghezze d'onda corte, medie e lunghe, e prosegue con un meccanismo di convergenza e potenziamento che si ottiene con le cellule gangliari avversarie nella retina e in un secondo stadio, in il nucleo genicolato laterale.

Percezione del colore e cervello

Quello che ancora non sappiamo molto bene è cosa succede nel cervello.

Negli anni Ottanta si ipotizzava una regione specifica per il colore, sulla base di casi di cecità corticale al colore ma non alla vista, che suggerivano che il colore fosse elaborato in una specifica area della corteccia. 

Attualmente, l'attività corticale correlata al colore è stata osservata in V1 e in aree extrastriate come V3 e V4, che sono coinvolte nella via di riconoscimento del pattern ventrale ma rispondono anche a stimoli in bianco e nero, quindi più di una regione specifica per il colore , il colore verrebbe elaborato in diverse regioni.

teoria retinica

Fu inizialmente proposto da Land nel 1964, frutto delle sue sperimentazioni con la Polaroid.

In primo luogo, osservo la costanza del colore, che non varia nonostante le variazioni del grado di illuminazione ambientale. Il cervello regolerebbe "matematicamente" il colore in base alle informazioni del tono globale del colore. Le basi neurofisiologiche di questo processo sono attualmente in discussione. 

Zeki, nel 1980, dimostrò che il colore di una superficie in una scena complessa non dipendeva solo dalla lunghezza d'onda riflessa predominante, ma che il cervello campara con le lunghezze riflesse dall'ambiente.

Differenze nella visione dei colori

I primi riferimenti alla visione dei colori sono dovuti al fisico John Dalton, che soffriva di un disturbo nella visione dei toni cremisi. In memoria di questo fisico, le anomalie nella visione dei colori iniziarono a essere denotate come daltonismo.

Esistono tre forme principali di anomalie della visione dei colori:

  • monocromo.
  • Dicromatismo.
  • Tricromatismo anomalo.

monochromatism

El monocromatismo o l'occhio monocromatico è una rara forma di anomalia del colore con base ereditaria. In generale, questi pazienti non hanno alcun cono funzionale, quindi la visione non solo manca di colore ma, nella misura in cui è reso possibile dall'azione dei bastoncelli, il acuità visiva è molto basso e va protetto perché molto sensibile alla luce, soffre di fotofobia.

Dicromatismo

El dicromatismo o I pazienti affetti da dicromatismo vedono alcuni colori e in base a questi possono essere classificati in:

I primi due sono i più frequenti e sono legati al cromosoma X, quindi si verificano più frequentemente nei maschi.

I protanopi percepiscono il blu e all'aumentare della lunghezza d'onda (492 nm), il tono blu scompare e si apprezza solo un tono grigiastro.

Coloro che soffrono deuteranopia, hanno una clinica simile ma il tono blu è un po' più lungo, fino a lunghezze d'onda di 498, dopodiché viene percepito in un tono giallo-grigiastro.

El tritanopo vede il blu fino a 570 nm e da quel momento in poi vede solo il rosso.

Insieme alle anomalie cromatiche dovute ad alterazioni dei fotorecettori, abbiamo il acromatopsia centrale, cioè, il daltonismo, non perché le lunghezze d'onda dei diversi colori non vengano elaborate, ma per un'alterazione nell'interpretazione del colore a livello corticale.

Psicofisica della percezione del colore

La visione del colore implica chiedersi, che tipo di informazioni elabora il colore? sistema visivo e quali operazioni compie per ottenere tali informazioni?

Di solito intendiamo il colore come un attributo della percezione visiva legato agli oggetti o alla luce. Quando ci riferiamo al colore di un oggetto, è necessario, in primo luogo, che la luce che emerge da quell'oggetto raggiunga gli occhi e, in secondo luogo, che, di conseguenza, il processo di colorazione sia stimolato. percezione visiva, quindi il colore sarà un attributo percettivo di quell'oggetto, proprio come la forma, la trama o la profondità.

Nel 1970 la CIE (Commissione Internazionale per l'Illuminazione) ha adottato la definizione di colore percepito come: "il colore è quell'aspetto della percezione visiva mediante il quale un osservatore può distinguere tra due colori.amphanno le stesse dimensioni, forma e consistenza a causa delle differenze nella composizione spettrale delle radiazioni associate all'osservazione.

Aspetti fondamentali per la percezione del colore

Facendo riferimento alla definizione CIE sopra citata, è possibile associare attributi importanti per comprendere meglio la percezione del colore. In altre parole, cosa deve avere un colore per poterlo vedere.

Gli aspetti fondamentali per noi per vedere il colore sono:

tono: È l'attributo che permette di caratterizzare un colore come blu, verde, ecc.

colore: È un attributo per cui un campo sembra avere più o meno un colore cromatico.

colore cromatico: Il colore percepito che ha tonalità. Sarà un colore acromatico, quel colore percepito che non ha tono, come il bianco e il grigio.

luminosità: Attributo con cui un campo ha più o meno quantità di luce.

saturazione: Colorato di un campo determinato in proporzione alla sua luminosità. Dipende dalla quantità di grigio che viene miscelato con il colore di base. Sarà più puro o più saturo meno grigio contiene.

chiarezza: Si riferisce a oggetti opachi o trasparenti, ed è la luminosità di un campo determinato in proporzione alla luminosità di a campo ugualmente illuminato che viene percepito come bianco o perfettamente trasparente.

Croma: Si riferisce anche a oggetti opachi o trasparenti ed è definito come il colore di un dato corpo in proporzione alla luminosità di un campo ugualmente illuminato che viene percepito come bianco o perfettamente trasparente.

Come conseguenza di questi attributi, diciamo che un oggetto ha, ad esempio, un colore blu brillante e chiaro.

Lo studio del colore viene effettuato con la colorimetria, che mira ad introdurre un metodo di misurazione del colore che consenta di assegnare una grandezza misurabile a ciascuno degli attributi percettivi e, inoltre, di determinare il colore per mezzo di numeri che ne consentano la specificazione in uno spazio di rappresentazione.

Percezione psicofisica del colore

Dopo le definizioni precedenti, possiamo avanzare in quello che intendiamo come "colore psicofisico". Secondo il CIE, è l'attributo della relazione visibile per cui un osservatore può distinguere due campos della stessa dimensione, forma e consistenza, a causa della differenza nella composizione spettrale delle radiazioni relative all'osservazione.

Lo stimolo visivo del colore

In questa linea definiamo lo stimolo del colore, come quell'energia radiante di una determinata intensità e composizione spettrale che, entrando nell'occhio, produce la sensazione del colore.

Vediamo la complessità della percezione del colore, la sua psicofisica, in esempi come "l'effetto Bezold-Brücke".

Se proiettiamo un pennello di luce monocromatica attraverso il pupilla verso la retina, variando il punto di incidenza nella pupilla, si producono cambiamenti nel tono dello stimolo luminoso, è quello che conosciamo come “effetto Stiles Crawford del secondo tipo”.

Tutti vediamo lo stesso colore

Nella psicofisica della visione dei colori è interessante il fatto del colore attribuito a un oggetto. In modo semplificato, potremmo intenderlo come il risultato di una certa analisi spettrale (nel cervello), della luce che l'oggetto riflette o emette.

Tuttavia, questa analisi spettrale non è perfetta e la vediamo nell'esempio di guardare un dipinto. In un dipinto di paesaggio vediamo tutti i tipi di colori e toni così come li riconosciamo negli oggetti naturali che ci circondano, i rossi di una mela o il verde giallastro dell'erba semisecca, ecc., e questo nonostante il fatto che il fisico lo spettro della luce riflessa dagli oggetti nel dipinto è, in molti casi, molto diverso da quello del corrispondente oggetto naturale rappresentato.

Ciò che è interessante è che accettiamo queste percezioni evocate dalla pittura come inerenti agli oggetti naturali (è un processo cognitivo) e che la maggior parte degli osservatori accetta la stessa situazione. Questo perché nella maggior parte dei casi abbiamo una percezione molto simile dei colori, derivante da precedenti esperienze di vedere i colori nella natura reale. Questo è importante perché un certo numero di persone, circa il 10% della popolazione, ha una visione diversa, anomala dei colori, tuttavia, spesso passa inosservata perché ha imparato a differenziare i colori utilizzando altre caratteristiche degli oggetti nella vita reale.

L'aspetto dei colori

La teoria dei modelli di visione dei colori inizia con la teoria tricromatica di Young e Helmholz, ma presto divenne chiaro che era inadeguata a spiegare la visione dei colori. aspetto del colore, come abbiamo spiegato sopra.

La teoria dei modelli di visione dei colori non ha chiarito, ad esempio, perché la miscela di luci percepite come rosse e verdi induca la sensazione del giallo, colore qualitativamente diverso da quello misto, o perché quel colore giallo, miscelato nella giusta proporzione con il blu, porta alla sensazione del bianco.

Il problema era che non era possibile spiegare come la risposta dei tre tipi di coni possa aggiungere le loro luminosità e cancellare i loro attributi di colore quando sono eccitati contemporaneamente.

Percezione del colore composito

Hering ha studiato il problema e ha visto che la sensazione simultanea di rosso-verde o giallo-blu non può essere vissuta, quindi ha proposto l'esistenza di tre processi opposti generati da qualche parte nel percorso visivo, un processo chiaro-scuro, un altro giallo-blu e un altro , rosso verde.

Questa ipotesi ha coinciso con le anomalie che si osservano in clinica per quanto riguarda la visione dei colori, la cecità rossoverde, in cui persistono la visione chiaro-scuro e giallo-blu; daltonismo giallo-blu, in cui persistono la visione chiaro-scuro e rosso-verde, e daltonismo totale, in cui rimane solo la luce. visone bianco e nero risultato dell'azione delle bacchette.

La teoria di colori avversari ha risolto alcuni dei problemi, ma non tutti, poiché non spiegava la curva di efficienza luminosa che accompagna, ad esempio, la protanopia.

Al momento lo sappiamo la teoria tricromatica è utile per spiegare i fenomeni di colore a livello dei recettori, nella retinamentre la teoria dell'avversario, è efficace nello spiegare cosa accade nella fase neurale.

Colore e coni nella retina

Il modello di Boynton (1986) è il più accettato dagli scienziati e la sua originalità sta nel fatto che introduce un sistema di rappresentazione del colore in cui si manifestano direttamente i meccanismi di visione del colore.

Lo spazio così ottenuto è noto comespazio di eccitazione del cono".

I coni L e M sono sensibili all'intero spettro visibile, con sensibilità massima rispettivamente a 565 e 540 nm, e alle lunghezze d'onda lunghe, la sensibilità del cono L è molto superiore a quella del cono M. 

D'altra parte, il rapporto di eccitazione dei coni L e M è massimo a 465 nm e per ogni lunghezza d'onda inferiore a questa cifra ce n'è un'altra maggiore, tale che se la luminanza viene regolata. Entrambi corrisponderebbero a stimoli che avrebbero lo stesso aspetto in persone prive di coni S, poiché coppie di stimoli spettrali possono essere trovate su entrambi i lati di 465 nm con lo stesso valore di M (L+M) e L (L+M).

Lo spettro d'azione dei coni S ha un massimo a 440 nm e diminuisce rapidamente per lunghezze d'onda maggiori, essendo insensibile oltre i 520 nm.

Percezione del colore sulla retina

Per comprendere meglio quanto detto, immaginiamo di guardare un campo luce monocromatica e ne variamo la lunghezza d'onda da lunga a corta.

Consideriamo uno spettro d'azione di coni in cui le lunghezze d'onda lunghe eccitano L molto più di M, vedremo il rosso, caratteristico di questi coni L, e quasi nessun verde (M). Se ora riduciamo l'onda a 575, la differenza rosso-verde diventa più piccola e i segnali di L e M sono bilanciati e poiché i coni S di blu non sono ancora stati eccitati, la sensazione visiva non è né rossa né verde ma un colore giallo . Se accorciamo ancora di più la lunghezza d'onda, la M dominerà sulle L e diventerà verdastra, diminuendo il tono giallastro, fino a raggiungere 500 nm dove S è uguale alla somma di L e M, il canale giallo è bilanciato-blu e si vede un verde unico. Se riduciamo la lunghezza d'onda, il blu sostituirà gradualmente il verde e se lo abbassiamo ulteriormente, l'alto livello di eccitazione del blu sbilancia il canale rosso-verde in direzione del rosso, percependo ora un colore viola.

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Spieghiamo nel dettaglio la percezione del colore e cosa ci fa vedere a colori. Questo è uno dei capitoli sulla visione, l'occhio e come vediamo.
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