La costanza del colore

Una delle più importanti funzioni del sistema visivo consiste nell’essere in grado di riconoscere un oggetto in differenti condizioni di visibilità. Esiste un fenomeno definito costanza dell’oggetto che ci permette di percepire invariata la dimensione di un oggetto quando la sua distanza si modifica. Per questo motivo se vediamo un oggetto su uno schermo che si rimpicciolisce e ingrandisce ci sembrerà che si stia muovendo, infatti, il sistema visivo assume che la dimensione dell’oggetto sia costante e interpreta i cambiamenti di dimensione come variazioni della distanza dell’oggetto. 

Un altro esempio è la costanza luminosità: nel corso di una normale giornata, i livelli di luce cambiano, ma la luminosità di ogni oggetto varia poco. Il sistema visivo adatta la misura della luminosità dell’oggetto a quella del resto dell’ambiente, in modo tale che la luminosità dell’oggetto appaia costante rispetto a ciò che lo circonda. Un problema simile riguarda la percezione del colore. Durante il giorno il contenuto spettrale della luce varia notevolmente ma le superfici e gli oggetti conservano la loro colorazione a dispetto di un’ampia gamma di variazioni nella composizione delle lunghezze d’onda e dell’energia che essi riflettono. Questo fenomeno è noto come costanza del colore.

GLI ESPERIMENTI LAND-MONDRIAN

Esempio dei reticoli creati da Mondrian

Esempio dei reticoli creati da Mondrian

In questi esperimenti i soggetti dovevano guardare un mosaico multicolorato, costituito da differenti pezzi di carta di colori diversi incollati insieme. Questo mosaico fu denominato Color Mondrian. I rettangoli e i quadrati che costituivano il mosaico, differivano in forma e dimensioni e creavano una scena astratta. Nessun cartoncino era circondato da un altro avente lo stesso colore. I diversi pezzi erano formati da carta opaca che rifletteva una costante quantità di luce in tutte le direzioni. Il mosaico era illuminato da tre proiettori; il primo aveva un filtro che lasciava passare solo luce rossa, il secondo luce verde, ed il terzo luce blu.

In uno degli esperimenti, l’intensità della luce riflessa da un cartoncino verde era regolata in modo che riflettesse 60 unità di luce rossa, 30 unità di luce verde e 10 di luce blu. I soggetti riportarono che il cartoncino era di colore verde, sebbene riflettesse più luce rossa. Questo è un esempio di percezione del colore non corrispondente al colore della lunghezza d’onda predominante riflessa dall’oggetto.

Un una seconda sessione, il soggetto osservava lo stesso cartoncino, illuminato dalla stessa luce, ma questa volta il cartoncino era presentato isolatamente nella condizione detta condizione di visione vuota.. In questo caso, il colore percepito corrispondeva alla lunghezza d’onda della luce riflessa dal cartoncino. Ciò suggerisce che la percezione del colore era determinata non solo dalla composizione delle lunghezze d’onda della luce riflessa dal cartoncino, ma anche dalla composizione delle lunghezze d’onda riflesse dalle superfici circostanti.

RIFLETTANZA E LUMINOSITA’

Per costruire una rappresentazione del colore, che rimanga costante nonostante le variazioni dell’illuminazione spettrale di una superficie, il sistema visivo deve trovare qualche aspetto dello stimolo che non cambi. In una superficie, una costante fisica invariabile è la sua riflettanza, ad es. una superficie rossa avrà un’alta riflettanza per la luce rossa e bassa per il verde e blu. Se l’intensità della luce che colpisce l’oggetto cambia, la proporzione di luce rossa, verde e blu, non cambia, perciò il sistema visivo ignora le informazioni riguardanti l’intensità di luce e si concentra sulla sua riflettanza. Se s’illumina con una luce rossa un cartoncino rosso ed uno verde, il primo che ha già un alta riflettanza per il rosso apparirà più luminoso. Per questo motivo il correlato biologico della riflettanza è la luminosità. Quando si osserva un’intera scena, ogni superficie avrà una differente luminosità in funzione della sua efficienza nel riflettere la luce di ciascuna lunghezza d’onda (registrazione di luminosità). In condizioni di normale luce diurna esiste una misura di lunghezze d’onda, e ogni loro combinazione produrrà registrazioni di una distinta luminosità. La teoria retinex di Land propone che nel sistema visivo, siano confrontate le registrazioni di luminosità ottenute a tre diverse lunghezze d’onda, al fine di derivare il colore di una superficie. Quello che noi percepiamo è, perciò il confronto della riflettanza di differenti superfici per luci della stessa lunghezza d’onda (che genera le registrazioni di luminosità), e il confronto delle tre registrazioni di luminosità della scena per le differenti lunghezza d’onda(che genera il colore).

LE BASI BIOLOGICHE DELLA COSTANZA DEL COLORE

Le singole cellule dei blobs, in V1 della scimmia hanno piccoli campi recettivi e rispondono solo a determinate lunghezze d’onda. Per es., una cellula potrebbero rispondere alla luce rossa o alla luce bianca. Infatti se un cartoncino rosso del mosaico Mondrian è posto nel campo recettivo di questa cellula è illuminato dalla tripletta standard di energie (60 rosso, 30 verde e 10 blu), essa risponde vigorosamente, e continua a rispondere anche se è posto un cartoncino verde nel suo campo recettivo, sebbene esso sia percepito come verde. Questo accade poiché la cellula sta rispondendo alla principale lunghezza d’onda della luce riflessa che è rossa, e non al colore percepito. Ci sono altri due tipi di cellule sensibili al colore in V1: le cellule ad opponenza semplice e a doppia opponenza e anche queste mostrano una risposta alla luce riflessa del cartoncino.

Nella teoria retinex di Land, le luminosità devono essere generate prima dei colori, perché è il confronto tra le registrazioni della luminosità che conferisce il colore. Un candidato di questa funzione si trova nelle cellule che hanno un’organizzazione centro-periferia come le cellule a doppia opponenza di V1 e manifestano una risposta ON alla luce rossa e OFF alla luce verde nel centro mentre in periferia rispondono con polarità opposta. Queste cellule sono in grado di rilevare differenze di luminosità, ma i lori campi recettivi sono molto piccoli, pertanto, possono esercitare la loro funzione solo in una piccola porzione del campo recettivo.

Nell’area V4 sono state osservate cellule selettive per le lunghezze d’onda, le cui risposte sembrano essere correlate con la percezione umana dei colori. I loro campi recettivi sono molto più grandi di quelli osservati in V1. Nell’esperimento dei cartoncini del mosaico Mondrian la cellula rispondeva bene per il cartoncino rosso illuminato dalla luce rossa , ma smetteva di rispondere se venivano presentati cartoncini di altro colore, sebbene la lunghezza d’onda dominate fosse il rosso, ciò suggerisce che le cellule selettive alla lunghezza d’onda in V1 sono implicate con le componenti della lunghezza d’onda: riflesse da una superficie, mentre le cellule V4 sono implicate con il colore della superficie.

Lesioni di V4 in scimmie non compromettono la loro capacità di discriminare lunghezza d’onda., ma danneggia loro la costanza dei colori.

lobo occipitale

Lobo occipitale (in giallo). Sono mostrati anche il giro linguale e il giro fusiforme.

L’AREA V4 NEGLI ESSERI UMANI

La percezione dei colori negli esseri umani è stata associata con l’attivazione di un’area occipitale ventromediale (nel giro linguale). Secondo alcuni suggerimenti tale area è l’equivalente di V4 delle scimmie. La localizzazione di tale area è in accordo con gli studi di lesioni associate ad acromatopsia.

I neuroni dell’area V4 nella scimmia rispondono preferibilmente alla caratteristiche rilevanti per il riconoscimento degli oggetti, compresi forma e colore.

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Dott. S.Aboudan