Immagini residue a colori

Fonte: Laboratorio di Jonathan Flombaum—Johns Hopkins University

La visione umana dei colori è impressionante. Le persone con una normale visione dei colori possono distinguere milioni di tonalità individuali. Più sorprendentemente, questa capacità si ottiene con hardware abbastanza semplice.

Parte del potere della visione dei colori umana deriva da un'intelligente ingegneria nel cervello umano. Lì, la percezione del colore si basa su ciò che è noto come un "sistema avversario". Ciò significa che la presenza di un tipo di stimolo è trattata come prova dell'assenza di un altro e viceversa; l'assenza di un tipo di stimolo è presa come prova della presenza dell'altro. In particolare, nel cervello umano ci sono cellule che si attivano sia quando ricevono segnali per suggerire che la luce blu è presente, sia quando non ricevono segnali che suggeriscono luce gialla. Allo stesso modo, ci sono cellule che si attivano in presenza di giallo o in assenza di blu. Il blu e il giallo sono quindi trattati come valori avversari in una dimensione e possono essere pensati come valori negativi rispetto a valori positivi su un asse di un piano cartesiano. Se uno stimolo è caratterizzato come avente un valore negativo su quell'asse, non può anche avere un valore positivo. Quindi, se è caratterizzato come giallo, non può anche essere caratterizzato come blu. Allo stesso modo, il verde e il rosso (o in realtà, il magenta), occupano un'altra dimensione avversaria. Ci sono cellule nel cervello umano che rispondono alla presenza di una o all'assenza dell'altra. Le figure 1 e 2 spiegano l'opponenza del colore in termini cartesiani.

Figura 1. Dimensioni del colore avversario. Il cervello umano elabora il colore usando un sistema di dimensioni avversarie. Questo è un piano bidimensionale con blu e giallo che occupano un asse, che può essere pensato semplicemente come positivo o negativo, e rosso e verde che occupano l'altro asse. La conseguenza del sistema è che il cervello elabora la presenza di alcuni colori come indicazione dell'assenza di altri, e viceversa. Tutti i colori percepibili occupano un punto nello spazio avversario.

Figura 2. Tutti i colori percepibili occupano un punto nello spazio avversario. Di seguito sono riportati esempi di colori con valori diversi da zero in ciascuna delle due dimensioni dello spazio avversario.

Un modo in cui l'opponenza del colore è stata scoperta - nel 1878 da Ewald Hering, anche prima che gli scienziati avessero accesso alle tecniche per l'imaging del cervello stesso - è attraverso un'illusione nota come immagine a colori. Le immagini successive sono ancora utilizzate oggi sia per dimostrare le proprietà avversarie della percezione del colore umano sia per studiarle.

Questo video dimostra come creare un'illusione di immagine a colori e un modo semplice per raccogliere risposte percettive soggettive da osservatori umani.

1. Stimoli

1. Apri una diapositiva bianca vuota in un editor di diapositive (software come PowerPoint o Keynote saranno sufficienti).
2. Usa lo strumento forma per creare due stelle di dimensioni uguali senza riempimento di colore, solo un sottile contorno nero. Centralili verticalmente sulla diapositiva e posizionane uno su ciascun lato (sinistra e destra).
3. Posiziona un piccolo disco nero al centro della diapositiva tra le stelle. Questo è il punto di fissazione.
4. Ora, fai una copia di questa diapositiva in bianco e nero. La seconda copia di esso sarà la seconda diapositiva nel tuo stimolo afterimage. Passare ora alla creazione della prima diapositiva selezionando la prima delle due diapositive identiche.
5. Seleziona la stella a sinistra e riempila uniformemente con un blu brillante. Seleziona la stella a destra e riempila uniformemente con un giallo brillante.
6. Lo stimolo è ora pronto. La prima diapositiva dovrebbe essere a colori e la seconda dovrebbe essere interamente in bianco e nero. Nella Figura 3 viene illustrato l'aspetto della prima diapositiva e nella Figura 4 la seconda.

Figura 3. Slide #1 di un'immagine secondaria a due diapositive a colori. La prima diapositiva di una coppia di immagini successive è a colori. Il disco scuro al centro è il punto di fissazione.

Figura 4. Slide #2 di un'immagine secondaria a due colori. La seconda diapositiva di una coppia di immagini secondarie è in bianco e nero. Ma gli osservatori percepiranno il colore illusorio all'interno dei riempimenti bianchi degli oggetti nell'inquadratura (le stelle in questo caso).

7. Fai ulteriori stimoli per l'indagine seguendo la stessa procedura. Ad esempio, creane uno con una stella rossa su un lato e una stella verde sull'altro. Quindi, creane uno con una stella verde su un lato e una stella blu sull'altro. È possibile utilizzare anche altri colori.
8. Ogni stimolo deve includere una diapositiva a colori seguita da una diapositiva identica in bianco e nero. Nella Figura 5 sono illustrati due esempi di coppie di diapositive aggiuntive per indurre immagini successive al colore.

Figura 5. Due ulteriori esempi di diapositive per indurre immagini secondarie a colori. La prima diapositiva di ogni coppia (riga superiore) è sempre a colori. La seconda diapositiva di ogni coppia (riga inferiore) è sempre in bianco e nero.

2. Generare l'illusione

1. Per far sì che qualcuno sperimenti l'illusione dell'immagine secondaria del colore, siediti davanti al monitor del computer.
2. Carica una delle diapositive a colori, ad esempio, quella con le stelle blu e gialle.
3. Chiedi all'osservatore di fissarsi sul disco nero al centro dello schermo e di evitare di muovere gli occhi.
4. Contare 10 s, quindi far avanzare le diapositive in avanti in modo che la diapositiva in bianco e nero sostituisca quella a colori.
5. Istruire il partecipante a continuare a mantenere la propria fissazione. Dovrebbero vedere le stelle bianche come riempite con i colori avversari di quelli che le hanno riempite in precedenza. Quindi, la stella precedentemente blu apparirà gialla e quella precedentemente gialla sembrerà blu. La Figura 6 schematizza la relazione tra i colori nella prima diapositiva e i colori illusori che verranno percepiti.

Figura 6. Colori illusori percepiti in relazione ad una particolare slide-pair. In Slide #1, la stella sinistra è blu e la stella gialla è gialla. Slide #2 è in realtà in bianco e nero. Ma quando viene attivato dopo che un osservatore si è fissato su Slide #1, Slide #2 verrà percepito con colori illusori. In particolare, le stelle appariranno riempite dai colori avversari da quelli che le riempiono prima, quindi la stella sinistra sarà percepita come gialla e quella destra come blu.

6. Una volta che l'osservatore muove gli occhi, l'illusione svanisce rapidamente.
7. Nota, è facile farlo su se stessi e funziona.

3. Raccolta dei dati

1. Come per molte illusioni visive, gli effetti sono fenomenologicamente salienti e vissuti da quasi tutte le persone. Quindi, i dati quantitativi servono principalmente ad affermare ciò che si sperimenta.
2. Una tecnica semplice per la raccolta dei dati consiste nell'includere una X in un punto della regione bianca nella seconda diapositiva di una coppia e nel fornire una serie di opzioni di colore tra cui gli osservatori possono scegliere.
3. Il compito è che l'osservatore selezioni l'opzione di colore che percepisce dove è posizionata la X. La Figura 7 mostra la sequenza di eventi in una prova dell'esperimento.

Figura 7. Sequenza di eventi in una singola prova di un esperimento di afterimage a colori. L'osservatore si fissa sul disco centrale in Slide #1. Dopo 10 s, lo sperimentatore avanza in avanti a Slide #2. Il compito del partecipante è quello di selezionare il colore tra le opzioni visualizzate che meglio corrisponde al colore che percepiscono nella posizione della "X".

4. Per eseguire una versione completa dell'esperimento, utilizzare diverse coppie di diapositive. Durante ogni prova dell'esperimento, posizionare una X in una parte diversa di uno degli oggetti nella seconda diapositiva.
5. Esegui 5-10 partecipanti in un esperimento con 10-20 prove. Calcola il colore scelto in funzione del colore che era presente nella posizione di una X nella diapositiva di una prova #1. In altre parole, mettere in relazione il colore percepito nella posizione di una X su uno sfondo bianco con il colore precedentemente in quella posizione. Il colore precedentemente in quella posizione è chiamato "colore induttore" e il colore percepito è chiamato "after-color".

Per ciascuno dei colori induttori nell'esperimento, identificare il post-colore selezionato più frequentemente. Creare una tabella che visualizzi i risultati, come quella nella Figura 8.

Figura 8. Risultato rappresentativo. I post-colori più frequentemente selezionati in funzione dei colori induttori. I post-colori percepiti più frequentemente saranno i valori avversari dei rispettivi induttori.

I post-colori percepiti più frequentemente dovrebbero essere i valori avversari dei rispettivi colori induttori. Il motivo è che le cellule sensibili al colore nel cervello umano sono mappate spazialmente: rispondono a specifiche regioni dello spazio a seconda di dove il soggetto fissa i loro occhi. Normalmente, le persone muovono gli occhi intorno, facendo sì che diverse cellule condividano l'onere di rispondere alle regioni dello spazio esterno. Fissando il disco nelle immagini dell'induttore (slide #1 in ogni coppia), l'osservatore fa sì che gli stessi gruppi di cellule rispondano in modo sostenuto ai colori saturi presenti in una data regione di spazio esterno. Durante il periodo di fissazione, queste cellule rispondono pesantemente. Le cellule sensibili al blu producono grandi segnali blu, le cellule sensibili al giallo producono grandi segnali gialli e così via. Quando l'immagine in bianco e nero viene improvvisamente mostrata, e mentre l'osservatore si fissa ancora, queste cellule non sono più stimolate, non c'è colore nell'immagine. Ma, poiché stavano segnalando così fortemente un momento prima, il resto del cervello interpreta la loro improvvisa mancanza di attività come segnalazione della presenza di un colore avversario. L'improvvisa mancanza di segnalazione nelle cellule sensibili al blu viene interpretata come la presenza di giallo. L'improvvisa mancanza di segnalazione nelle cellule sensibili al giallo viene interpretata come la presenza di blu e così via. Il cervello interpreta l'assenza di attività nelle cellule di colore come indicante la presenza di colori avversari, quando in realtà la mancanza di attività in questo caso è causata dall'assenza di colore del tutto. Il cervello è efficacemente ingannato, facendo sì che le persone vedano colori dove non ce ne sono a causa del modo in cui organizza il colore in termini di dimensioni avversarie.

L'opponenza al colore è tra le grandi dimostrazioni del metodo scientifico. I ricercatori nel 1800 sono stati in grado di dedurre la natura della rappresentazione del colore nel cervello umano senza alcuna capacità di osservare l'attività cerebrale. Oggi, infatti, le afterimages a colori sono diventate uno strumento utile per identificare le regioni cerebrali coinvolte nell'elaborazione del colore. Nelle scimmie, gli scienziati hanno registrato neuroni che si attivano come se il colore fosse presente, quando non lo è, dopo aver mostrato alle scimmie sequenze di diapositive che producono immagini successive negli osservatori umani. ^1,2 Allo stesso modo, con la fMRI, gli scienziati hanno trovato regioni della corteccia visiva che rispondono selettivamente alla presenza di un colore e che rispondono anche quando quel colore è percepito come un'illusione, indotta da una coppia di diapositive afterimage.

1. Zeki, S. Colour coding in the cerebral cortex: the reaction of cells in monkey visual cortex to wavelengths and colours. Neuroscience, 9(4), 741-765 (1983).
2. Conway, B. R., & Tsao, D. Y. Color architecture in alert macaque cortex revealed by FMRI. Cerebral Cortex, 16(11), 1604-1613 (2006).