Il colore e il lessico dei colori

8/18/2019 Il colore e il lessico dei colori

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Università degli Studi di Verona

FACOLTÀ DI LINGUE E LETTERATURE STRANIERE

Corso di Laurea Specialistica in Linguistica

Tesi di laurea magistrale

Il colore e il lessico dei colori. Aspetti psicofisici,cognitivi e linguistici.

Relatore:

Prof.ssa Gloria Menegaz

Candidato:

Veronica Valdegamberi

Matricola VR055915

Anno Accademico 2007-2008


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I do not know what I may appearto the world, but to myself I seemto have been only like a boyplaying on the sea-shore, anddiverting myself in now and thenfinding a smoother pebble or aprettier shell than ordinary,whilst the great ocean of truthlay all undiscovered before me.

I. Newton

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INDICE

Introduzione 7

I Color Vision 11

1 La luce 15

2 Il sistema visivo umano 212.1 La struttura dell’occhio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2 I neuroni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3 La retina e la teoria tricromatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.4 La teoria dei processi opposti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.5 Le vie ottiche centrali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.6 Organizzazione dei neuroni lungo le vie ottiche . . . . . . . . . . 332.7 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3 La percezione del colore 393.1 Cos’è il colore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.2 Meccanismi della visione a colori . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.2.1 Fenomeni visivi di basso livello . . . . . . . . . . . . . . . 403.2.2 Fenomeni visivi di alto livello . . . . . . . . . . . . . . . . 453.2.3 Meccanismi visivi di ordine superiore . . . . . . . . . . . . 48

4 Colorimetria 514.1 Spazi colore, modelli colore, sistemi colore . . . . . . . . . . . . . 53

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4.2 Grandezze radiometriche e fotometriche . . . . . . . . . . . . . . 55

4.3 Efficienza luminosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564.4 Color matching functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584.5 Il triangolo cromatico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.6 Gli spazi colore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.6.1 Gli spazi colorimetrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.6.2 Gli spazi device-oriented . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.6.3 Gli spazi user-oriented . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.7 I sistemi colore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704.7.1 Il sistema Munsell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.7.2 Il Sistema Naturale dei Colori (Natural Colour System ) . 724.7.3 Il sistema OSA-UCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

II Color Naming 77

5 Lineamenti di una storia degli studi attraverso due secoli 815.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815.2 Ottocento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815.3 Novecento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855.4 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

6 Le posizioni universaliste 916.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 916.2 Berlin e Kay: “Basic color terms: their universality and evolution ” 916.3 Critiche al lavoro di Berlin e Kay . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

6.4 Il World Color Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1066.5 Modifiche alla teoria di Berlin e Kay . . . . . . . . . . . . . . . . 1076.6 Gli studi sulla prototipicità di Eleanor Rosch . . . . . . . . . . . 1166.7 Studi recenti a favore dell’universalismo . . . . . . . . . . . . . . 1186.8 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

7 Le posizioni relativiste 1297.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1297.2 La percezione categorica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1317.3 Lo studio delle lingue berinmo e himba . . . . . . . . . . . . . . . 1337.4 Lo studio sull’acquisizione dei termini himba . . . . . . . . . . . 137

8 Altre tematiche relative al lessico dei colori 143

8.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1438.2 L’acquisizione dei termini di colore nei bambini . . . . . . . . . . 1438.3 I modificatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1488.4 La Lens brunescence hyphothesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1518.5 Un dodicesimo colore basico? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

8.5.1 Il caso del russo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1528.5.2 Il caso dell’ungherese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

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8.5.3 Il caso di altre lingue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1598.6 Casi di regressione nei sistemi di colore: un caso italiano . . . . . 1618.7 Il contatto tra lingue nei lessici di colore . . . . . . . . . . . . . . 1638.8 Le differenze di genere nell’ambito del colore . . . . . . . . . . . . 1658.9 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

9 I dizionari di colore 1699.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1699.2 Il sistema ISCC-NBS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1719.3 Il sistema CNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1739.4 Il sistema CNM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1759.5 Il modello proposto da Mojsilovíc . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1769.6 Il sistema X11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1789.7 Il sistema Hollasch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

9.8 Il sistema Resene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1839.9 Il sistema Crayola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1849.10 Dizionari nati da esperimenti sul web: il sistema CNE . . . . . . 1849.11 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

10 Esp erimenti nell’ambito del lessico dei colori 19110.1 Due esperimenti di color naming a confronto . . . . . . . . . . . 19110.2 Esperimento di color listing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

10.2.1 Descrizione obiettivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19410.2.2 Metodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19510.2.3 Risultati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19610.2.4 Influenza dei dati personali sul numero di colori forniti . . 19710.2.5 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

Conclusioni 201

Bibliografia 204

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Introduzione

ll colore è un fenomeno che da sempre ha suscitato l’interesse e l’attenzione diun grande numero di discipline molto eterogenee tra loro, che lo affrontano sottoaspetti e con metodologie diverse.Il colore di una luce o di un corpo non è una proprietà intrinseca di quella luce odi quel corpo, ma è un aspetto che il nostro sistema visivo attribuisce loro: una

fiamma non è gialla, una foglia non è verde, ma noi vediamo gialla la fiamma everde la foglia. Il colore che noi attribuiamo alla luce o agli oggetti è il risultatodi un processo complesso che inizia nei nostri occhi per azione di radiazioni diopportuna lunghezza d’onda che gli oggetti osservati ci riflettono, successiva-mente l’elaborazione di questa informazione continua nel cervello.La nozione di colore può quindi essere analizzata sotto tre punti di vista: fisico,in riferimento alla radiazione elettromagnetica che colpisce l’occhio, psicofisicoin riferimento a ciò che l’occhio riceve, cognitivo in riferimento alla percezionecromatica che ne deriva.Dal punto di vista fisico non si pu ò dare una definizione alla parola colore: ilcolore infatti non esiste che per gli occhi. Da questo punto di vista esistono so-lo le radiazioni che realizzano ciò che si chiama “spettro elettromagnetico” e ilcolore rappresenta solamente un punto di questo spettro che è suscettibile di sti-

molare elettivamente i recettori del nostro occhio. Dal punto di vista psicofisicoil colore è quella caratteristica della luce che ci permette, ad esempio, di di-stinguere l’uno dall’altro due oggetti con la stessa forma, grandezza e struttura.Dal punto di vista cognitivo, ogni sensazione luminosa può essere caratterizzatada tre variabili, quali tinta, luminosità e saturazione. Una volta percepito ilcolore, si profila il problema di come comunicare questa sensazione soggettiva.Questa comunicazione può avvenire linguisticamente, attraverso il linguaggio

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umano, oppure si può tentare di formalizzare la nozione di colore in modo darenderla comprensibile anche da parte di un calcolatore.Da questa breve introduzione sono già emerse diverse discipline che studiano ilcolore: la fisica per tutto ciò che avviene all’esterno del sistema visivo; la fisiolo-gia per quanto riguarda il funzionamento dell’occhio e la generazione, elabo-razione, codifica e trasmissione dei segnali nervosi dalla retina al cervello; leneuroscienze e la psicologia per quanto riguarda l’interpretazione dei segnalinervosi e la percezione del colore; la psicofisica per quanto riguarda la relazionetra lo stimolo e la risposta del sistema visivo; l’etnolinguistica e la psicolinguisti-ca che studiano l’esistenza di un continuum che ogni lingua divide in segmentidiversi, l’evoluzione verso sistemi di denominazione sempre più complessi e dif-ferenziati; la matematica e l’informatica, necessarie per lo sviluppo di modelliformali rappresentativi della visione del colore.Mentre le discipline sopra elencate sono necessarie per comprendere il fenomeno

del colore, altre lo studiano o se ne avvalgono, senza però essere necessarie al-la sua comprensione. Ad esempio, il colore può avere effetti psicologici nontrascurabili, può avere un ruolo nelle convenzioni socio-culturali, per esempionell’abbigliamento e nelle comunicazioni visive, ed è una delle componenti piùimportanti delle arti figurative, ed in particolare della pittura. In biologia cisi interessa al colore del mondo vivente, in mineralogia al colore del mondo i-norganico dove il colore, ad esempio, è utilizzato come caratteristica distintivadei minerali. Ancora, fattori genetici possono influire sulla maggiore o minorericchezza di sensazioni cromatiche percepibili da un soggetto.Un argomento dunque di grande complessità, quello del colore, con implicazioniin tanti diversi campi delle nostre conoscenze e della nostra vita.Per comprendere i molti aspetti del colore dobbiamo quindi compiere un viaggio

attraverso molte discipline. Nonostante queste possano sembrare cos̀ı distanti,uno degli obiettivi di questa tesi è quello di far emergere come le varie idee ele varie metodologie tipiche di queste convergano, traendo beneficio l’una dal-l’altra, e mostrare come queste discipline siano indispensabili l’una all’altra inmodo da non rendere possibile la comprensione del fenomeno colore senza unastretta collaborazione tra di esse. L’approccio che si è seguito è stato quindiquello della multidisciplinarità.

Questa tesi di laurea è organizzata come segue. Nella prima parte si è seguitoil percorso che la luce compie fino a diventare “percezione cromatica”, partendodal fenomeno fisico di onda che viene recepita dall’occhio umano e trasformataed elaborata da una serie di strutture che la trasmettono fino al cervello, dovesi traduce in percezione.

In seguito si è fornita un’ampia panoramica degli esperimenti psicofisici voltia cercare di formalizzare il concetto altamente soggettivo di colore, che hannoportato alla nascita di spazi colore standard attraverso i quali il colore può esse-re misurato. Abbiamo quindi presentato la disciplina che si occupa di questo,la colorimetria, mostrando vari sistemi di misurazione esistenti. Non essendopossibile misurare il colore in modo esatto è necessario approssimarne la misu-razione; questo è il motivo per cui esistono molti spazi colore, ognuno dei quali

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presenta una serie di pregi e difetti.La seconda parte della tesi riguarda invece la tematica del color naming . Conquesto termine ci si riferisce all’attribuzione di termini a percezioni cromatiche,ovvero all’attribuzione di etichette linguistiche ad esperienze sensoriali sogget-tive. Le discipline elette che si occupano di questo sono la linguistica e la psi-colinguistica, ma anche l’antropologia, la psicologia e le scienze sociali trovanoapplicazione in questo campo.Storicamente, si sono delineate due posizioni filosofiche che presentano punti divista diversi riguardo al rapporto tra linguaggio e pensiero. Mentre l’univer-salismo sostiene che per dote innata ragioniamo tutti allo stesso modo e che ledifferenze linguistiche esistenti non intacchino la sostanziale universalità degliesseri umani, il relativismo nega l’innatismo delle categorie mentali, sostenen-do che la conoscenza si acquisisca attraverso l’esperienza. Esperienze diverseporteranno a modi diversi di pensare. Questi due approcci hanno trovato larga

applicazione anche in linguistica, e uno dei domini all’interno dei quali si ècercata una risposta alla questione è stato quello del lessico cromatico. Si pre-senteranno poi altre tematiche relative allo studio nell’ambito del color naming ,prevalentemente con lo scopo di mostrare l’“ampio respiro” e la multidisciplina-rità di cui questo gode.La tesi si conclude con una panoramica dei dizionari di colore, volti a discretiz-zare uno spazio colore utilizzando etichette linguistiche del linguaggio umano.Questi dizionari hanno un duplice scopo, quello di far capire univocamente di checolore si sta parlando e quello di essere intuitivi e facilmente ricordabili. Sonostati infine svolti degli esperimenti dai quali sono emersi interessanti aspetti dellessico dei colori in lingua italiana.

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Parte I

Color Vision

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It would be possible to describeeverything scientifically, but itwould make no sense; it would bewithout meaning, as if youdescribed a Beethoven symphonyas a variation of wave pressure.

A. Einstein

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CAPITOLO

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La luce

La luce visibile è la porzione dello spettro elettromagnetico visibile all’occhioumano. È energia raggiante costituita da onde elettromagnetiche che, colpendol’occhio umano, determinano la sensazione della visione. Nella fisica modernala luce viene descritta come composta da “pacchetti” (quanti) del campo elet-

tromagnetico, chiamati fotoni. La natura dell’energia luminosa è la stessa diquella delle altre radiazioni elettromagnetiche tra cui le onde radio, i raggi X ele radiazioni gamma.Tutte le radiazioni elettromagnetiche, compresa quindi la luce, si trasmettonoin linea retta alla stessa velocità, circa 300.000 km al secondo. Le principaligrandezze che contraddistinguono un’onda sono la lunghezza d’onda e l’ampiez-za (figura 1.1), nonostante ciò in fisica vengono calcolate altre importanti quan-tità derivate utili a comprendere meglio il comportamento di un’onda.

Si consideri per semplicità un’onda piana, l’ampiezza a misura la distanzatra il punto più alto raggiunto dall’onda (cresta) e la posizione di equilibrio.L’unità di misura dell’ampiezza è il metro.La lunghezza d’onda, che indicheremo con la lettera λ, è la distanza fra i due

punti di ampiezza massima (creste) o minima (ventri) di due onde successive.La lunghezza d’onda è anche detta periodo spaziale poiché rappresenta ogniquanto, nello spazio, l’onda si ripete. L’unità di misura della lunghezza d’ondaè il metro.Un’altra quantità caratteristica dell’onda è il periodo temporale T , che rappre-senta il tempo necessario ad un’onda per completare un’oscillazione; la sua unit àdi misura è il secondo. Analogamente a T , il periodo spaziale λ rappresenta ogni

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Figura 1.1: Un’onda piana e le principali grandezze ad essa associate.

quanto, nel tempo, l’onda si ripete.La frequenza f é il numero di oscillazioni che un’onda compie in ogni secondo,ovvero il numero di creste dell’onda che passano in un secondo. Periodo efrequenza sono legate dalla relazione:

f = 1

T

In altre parole, frequenza e periodo sono uno il reciproco dell’altro. L’unitàdi misura della frequenza è l’hertz, che definisce il numero di volte che un’ondaoscilla in un secondo. La frequenza è legata alla lunghezza d’onda anche dallaseguente relazione:

f = c

λIl valore di c rappresenta la velocità con cui l’onda si propaga. Nello studio

dei fenomeni della visione, in condizioni normali, le onde si muovono alla velocit àdella luce, quindi c = 300000000 metri al secondo. Data la lunghezza d’onda,una grandezza con lo stesso significato fisico è il numero d’onda k , legato a λdalla seguente relazione:

k = 2π

λ

Un’ultima quantità (derivata) importante è la frequenza angolare di un ondaω; questa quantità rappresenta la frequenza in termini di radianti al secondo,ed è legata a frequenza e periodo dalla relazione:

ω = 2πf = 2πT

La lunghezza d’onda di alcuni tipi di radiazioni elettromagnetiche (comead esempio le onde radio) ha un valore molto elevato tanto da essere espressa,usualmente, in metri o in Km. La lunghezza d’onda delle radiazioni luminose,invece, è molto ridotta tanto da essere espressa generalmente in nanometri (nm).

Il nanometro corrisponde ad un miliardesimo del metro. Le vibrazioni elet-

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Figura 1.2: Le varie tipologie di onde con relativa lunghezza d’onda. Lelunghezze d’onda percepite dall’occhio umano sono ingrandite per apprezzarneil colore percepito.

tromagnetiche conosciute si sviluppano su uno spettro continuo (definito come“spettro delle radiazioni elettromagnetiche”) che si estende su un’ampia gammadi lunghezze d’onda (figura 1.2).

Le radiazioni visibili per l’occhio umano sono comprese in una fascia moltolimitata di tale spettro, con una certa variazione da persona a persona, com-presa tra le lunghezze d’onda di circa 380 nm avvicinandosi agli ultravioletti e

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di circa 740 nm avvicinandosi agli infrarossi. In figura 1.2 è mostrato l’interagamma delle radiazioni elettromagnetiche, dai raggi cosmici alle onde utilizzateper le trasmissioni di potenza e, in corrispondenza dello spettro delle radiazionivisibili, è stato ingrandito l’intervallo in modo da apprezzare meglio il legametra lunghezza d’onda (in questo caso misurata in nanometri) e sensazione cro-matica che essa provoca. Il fatto che noi riusciamo a percepire sotto forma diluce soltanto una parte cos̀ı limitata delle radiazioni elettromagnetiche è dovutoalla particolare natura del nostro occhio. Ad esempio è noto come alcuni animaliriescano a percepire le radiazioni infrarosse (lunghezza d’onda compresa tra 740nm ed 1 mm) e quelle ultraviolette (lunghezza d’onda compresa tra 380 e 100nm). Una proprietà molto importante dei nostri occhi è la facoltà di distinguerei diversi colori, la capacità cioè di stabilire un confronto fra onde di differentelunghezza dello spettro visibile. Un colore rappresenta la percezione visiva ge-nerata dai segnali nervosi che i fotorecettori della retina mandano al cervello

quando assorbono radiazioni elettromagnetiche di determinate lunghezze d’on-da e intensità. Quando l’occhio riceve una radiazione la cui lunghezza d’ondaè, ad esempio, di circa 470 nm noi diciamo di vedere una luce blu, mentre unaradiazione di circa 600 nm corrisponde ad una luce di colore arancione. I varicolori fondamentali corrispondenti alle diverse oscillazioni comprese nei limitisopra indicati (380 nm e 740 nm) sono ben distinguibili nell’arcobaleno e sonoindicati nell’elenco in tabella 1.1. Va tuttavia precisato che i nomi dei colori cheessa riporta sono solamente delle etichette che vengono attribuite agli stimolivisivi una volta che questi vengono interpretati dal cervello. Per questo motivola corrispondenza tra colore e lunghezza d’onda deve essere interpretata comequalcosa di indicativo e non codificato.

Colore Lunghezza d’onda (λ)violetto 380-430

blu 430-500ciano 500-520verde 520-565giallo 565-580

arancione 580-625rosso 625-740

Tabella 1.1: Le lunghezze d’onda delle radiazioni corrispondenti ai sette coloridell’arcobaleno.

Quando le varie oscillazioni corrispondenti alle sopraindicate lunghezze d’on-da colpiscono contemporaneamente l’occhio i loro effetti si integrano dando luo-go alla cosiddetta luce bianca. La luce bianca non corrisponde dunque ad unadeterminata lunghezza d’onda ma è prodotta dalla fusione delle varie luci colo-rate che costituiscono lo spettro visibile. Ciò può essere dimostrato grazie alfamoso esperimento del prisma che Isaac Newton [1] fece nel 1666. Egli fece

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Figura 1.3: Il prisma di Newton scompone la luce bianca nei coloridell’arcobaleno.

passare un fascio di raggi solari attraverso un prisma di vetro (figura 1.3), enotò come questo si scomponesse nella gamma dei colori dell’arcobaleno, ovverosi scindesse nelle sue componenti, non suscettibili di ulteriori suddivisioni, macomplete ed indivisibili. In questo modo defiǹı la luce come insieme di ondeelettromagnetiche con lunghezza d’onda compresa tra i limiti suddetti, a ognu-na delle quali corrisponde una ben precisa componente cromatica. Dato chel’indice di rifrazione non è uguale per tutte le lunghezze d’onda ed è tanto piùelevato quanto minore è la lunghezza d’onda stessa, dalla parte opposta delprisma si vedrà emergere una successione di raggi luminosi il cui colore passadal violetto al rosso.

Newton utilizzò poi un secondo prisma per ricombinare nella luce bianca di

partenza tutti i colori che erano stati scissi dal primo spettro. Provò anchea ricombinare solo alcune parti dello spettro, bloccando alcuni colori prodottidal primo prisma. Combinando le due estremità dello spettro (rosso e violetto)in diverse proporzioni, riusc̀ı ad ottenere un nuovo insieme di colori porpora(purple colors ) che spaziavano dal rosso al violetto. Questi colori porpora sononoti come colori non spettrali, in quanto non appaiono nello spettro della lucebianca.

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CAPITOLO

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Il sistema visivo umano

2.1 La struttura dell’occhio

Il sistema visivo degli esseri umani è straordinario per la quantità e la qualità

delle informazioni che fornisce sul mondo. Con un rapido sguardo esso è ingrado di descrivere ubicazione, dimensioni, forma, colore, consistenza, caratte-ristiche strutturali degli oggetti, oltre alla loro direzione e velocità nel caso sianoin movimento.

L’occhio è l’organo esterno della vista. Nella figura 2.1 è possibile osservarnela struttura. Esso consiste nel bulbo oculare, formato da tre membrane: lasclerotica, la coroide e la retina.La sclerotica è la membrana più esterna, bianca e resistente, di natura fibrosa.Anteriormente essa diventa trasparente e lascia entrare la luce formando lacornea.La coroide è la membrana intermedia; è di colore scuro e in corrispondenza dellacornea assume vari colori formando, sulla parte anteriore, un piccolo disco: l’iri-

de. Esso, grazie alla contrazione e dilatazione della pupilla, il foro che si trovaal suo centro, regola la quantità di luce che entra nell’occhio, contribuendo inquesto modo alla nitidezza delle immagini.La membrana più interna è la retina, il vero recettore, costituita da cellule ner-vose in grado di ricevere stimoli luminosi. Dietro l’iride si trova il cristallino,una vera e propria lente. Esso proietta le immagini sulla retina, rimpicciolite ecapovolte. È in grado di autoregolarsi grazie a un particolare sistema di muscoli

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e legamenti attraverso i quali modifica la curvatura e consente di mettere a fuo-co nitidamente oggetti collocati a distanze diverse dall’osservatore. Al fine diadattare il potere risolutivo del sistema ottico alla distanza dall’oggetto osser-vato, il cristallino diventa relativamente sottile e tende ad appiattirsi nel casodi visione di oggetti distanti, in caso di visione da vicino invece diventa pi ùspesso e assume una forma più arrotondata. Tra la cornea e l’iride e tra l’iri-de e il cristallino si trova l’umor acqueo, un liquido acquoso e trasparente cherifornisce di sostanze nutritive queste strutture; nell’interno del bulbo ocularesi trova un’altra sostanza gelatinosa e trasparente, chiamata umor vitreo, il cuicompito è quello di eliminare eventuali scorie che potrebbero interferire con latrasmissione della luce. Il cosiddetto punto cieco si riferisce all’unico punto sulfondo dell’occhio umano, un’area di 1,5 mm di diametro circa, in cui non sitrovano le cellule nervose preposte alle ricezione della luce (fotorecettori) perchéin questo punto gli assoni delle cellule gangliari si uniscono a fascio formando

il nervo ottico che invia le informazioni relative alla stimolazione della retina.Questa regione della retina, proprio perché non contiene fotorecettori, non èsensibile alla luce, è una zona senza informazioni e dove l’immagine non puòessere percepita, motivo per cui viene chiamata anche macchia cieca. Tuttaviail cervello riesce a ricostruirla deducendola da ciò che c’è intorno attraverso unprocesso chiamato filling in (riempimento) e grazie alla visione stereoscopica.

2.2 I neuroni

I neuroni sono le cellule base di tutto il sistema nervoso. Sono unità fonda-

mentali tutte simili tra loro, pur potendo differire per dimensioni e forma, chegenerano e trasmettono impulsi elettrici tra di loro. In figura 2.2 è possibileosservare la struttura del neurone.

La parte centrale del neurone è costituita dal corpo cellulare in cui risiedonoil nucleo e le altre parti deputate alle principali funzioni cellulari. Dal corpocellulare si dipartono da un lato molti prolungamenti brevi, detti dendriti, checonferiscono al neurone le proprietà di eccitabilità e conducibilità, dall’altro unsolo prolungamento lungo, l’assone, che nell’ultimo tratto si ramifica. I dendritihanno diramazioni simili ad un albero e attraverso questi il neurone riceve ilsegnale da neuroni afferenti e lo propaga verso il nucleo della cellula. Al poloopposto ha origine l’assone, un ottimo conduttore grazie alla sua composizionechimica, che conduce i segnali verso i dendriti di altri neuroni. La parte finale

dell’assone è un’espansione detta bottone terminale. Attraverso i bottoni ter-minali un assone può prendere contatto con i dendriti o il corpo cellulare dialtri neuroni affinché l’impulso nervoso si propaghi lungo un circuito neuronale.I punti di congiunzione tra neuroni, attraverso cui comunicano, sono detti si-napsi.Il funzionamento del neurone è molto semplice: attraverso i dendriti il neuronericeve in ingresso segnali dagli assoni di altri neuroni, se questi segnali di ingres-

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Figura 2.2: Il neurone e la sua struttura.

cleare Interno (SNI) contiene le cellule bipolari, orizzontali e amacrine; l’ultimostrato, quello più vicino al cristallino, è quello in cui si trovano le cellule gan-gliari. Gli assoni di tutte le cellule gangliari della retina convergono verso ilpunto cieco, dove si uniscono per formare il nervo ottico, un “cavo” che conducel’informazione visiva fino al cervello per la successiva elaborazione.

Delle cellule contenute nella retina i fotorecettori sono le uniche ad essere sen-sibili alla luce. Essi si dividono in coni e bastoncelli; nella retina umana ci sono

circa 120 milioni di bastoncelli e 6 milioni di coni. Entrambi questi fotorecettoripresentano un segmento esterno che contiene un fotopigmento (pigmento visivo,sensibile alla luce) e un segmento interno che contiene il nucleo della cellulae dà origine alle terminazioni sinaptiche che entrano in contatto con le cellulebipolari e con le cellule orizzontali. La struttura dei due tipi di fotorecettori èvisibile in figura 2.3.

L’assorbimento della luce da parte del pigmento fotosensibile presente nelsegmento esterno dei fotorecettori dà inizio ad una serie di eventi a catena chemodifica il potenziale di membrana del recettore e quindi la quantità di neuro-trasmettitore liberato attraverso le sinapsi che collegano i fotorecettori con lecellule con cui essi entrano in contatto. Quando la luce piena colpisce un fotore-cettore, questo subisce una iperpolarizzazione della membrana cellulare, al buio

il recettore è in stato di depolarizzazione e libera trasmettitore in continuazione.Questa modalità di funzionamento è necessaria in quanto la successiva elabo-razione visiva è una relazione sistematica tra le variazioni del livello di luminositàe l’attività dei fotorecettori. La componente proteica del fotopigmento, diversanei coni e nei bastoncelli, determina la specializzazione funzionale di questi duetipi di recettori.Questi si distinguono per la loro forma (figura 2.3), da cui prendono il nome, per

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Figura 2.3: Rappresentazione dei fotorecettori presenti nella retina: a sinistrala struttura dei bastoncelli (A), a destra quella dei coni (B). Tratto da [2].

il tipo di pigmento visivo che contengono, per la loro distribuzione all’internodella retina e per le particolarità delle loro connessioni sinaptiche.

Il sistema dei coni e quello dei bastoncelli sono specializzati in aspetti dif-ferenti della funzione visiva. Il sistema dei bastoncelli permette la visione peri-ferica e in condizioni di scarsa luminosità, è quindi specializzato nell’aspettodella sensibilità a discapito del potere di risoluzione spaziale che è molto basso.Essi rendono possibile quella che si definisce visione scotopica (cioè a livelli diilluminazione bassi). Il sistema dei coni permette la visione dei dettagli e lavisione cromatica, è caratterizzato da un potere di risoluzione spaziale alto maè relativamente insensibile alla luce, di conseguenza è specializzato nell’aspettodell’acuità visiva a scapito di quello della sensibilità. La visione mediata daiconi è detta visione fotopica. A livelli di illuminazione elevati la reazione allaluce giunge a saturazione nei bastoncelli, il potenziale di membrana in questi ul-timi cioè, raggiunto un certo valore, non varia più in funzione dell’illuminazione.

Infine si ha la visione mesopica, quella a livelli di luce in presenza dei quali svol-gono un ruolo sia i coni che i bastoncelli.Da quanto detto risulta chiaro che la vista è mediata prevalentemente dal si-stema dei coni e che la perdita della loro funzionalità ha risultati devastanti.Perdere la funzionalità dei bastoncelli significa avere difficoltà visive solo in con-dizioni di scarsa illuminazione, perdere la funzionalità dei coni porta a cecitàtotale. Strutturalmente i due tipi di fotorecettori presentano delle differenze.

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I bastoncelli sono più lunghi e contengono fotopigmento in quantità superiorerispetto ai coni, cosa che permette loro di captare più luce. Inoltre i bastoncellisono in grado di rispondere ad un singolo fotone, sono dunque pi ù sensibili ehanno una maggiore capacità di amplificazione del segnale luminoso. Per atti-vare un cono invece servono almeno 100 fotoni.

Un fattore cruciale è quello della visione cromatica. Tutti i bastoncelli con-tengono lo stesso fotopigmento (rodopsina), mentre ogni singolo cono contieneuno dei tre diversi fotopigmenti che complessivamente sono contenuti nei coni.Questi tre diversi tipi di pigmenti fotosensibili (opsine) sono caratterizzati daspettri di assorbimento diversi. I tre tipi di coni si distinguono quindi sullabase della loro diversa sensibilità a tre diverse lunghezze d’onda dello spettro diluce visibile (che corrispondono all’incirca ai colori blu, verde, rosso) e possonorispondere solo nei termini del tipo di impulsi a cui sono specificamente depu-

tati. La mescolanza in proporzioni opportune degli impulsi provenienti dai conidei tre tipi suddetti porterebbe alla percezione dei colori di tutti gli altri tipi.Questo modello è definito tricromatico.La teoria tricromatica viene chiamata anche teoria di Young-Helmholtz [3, 4],dal nome dei due studiosi che la scoprirono nel corso dell’800. Si dovette a-spettare però circa un secolo per averne la conferma sperimentale grazie allerilevazioni rese possibili da sofisticate tecniche di microspettrofotometria. Da-ta una lunghezza d’onda, tutti i bastoncelli sono ugualmente sensibili a quellalunghezza d’onda e quindi consentono solo una visione priva di colori. Variandola lunghezza d’onda, la sensibilità dei bastoncelli varia. Ogni cono invece, ha unasua curva di risposta al variare della lunghezza d’onda e la combinazione delletre diverse curve garantisce la copertura di uno spettro luminoso che va da 380

nm a 740 nm circa (lo spettro visivo). I coni del blu, cioè quelli la cui massimasensibilità è per il colore blu (coni S, da short-wavelength sensitive cone ) sonopiù sensibili a lunghezze d’onda corte, i coni del verde, sensibili principalmenteal colore verde (coni M, da middle-wavelength sensitive cone ) sono sensibili alunghezze d’onda intermedie e i coni del rosso, sensibili principalmente alla gam-ma dei rossi (coni L, da long-wavelength sensitive cone ) a lunghezze d’onda piùelevate. La diversa sensibilità dei coni alle diverse lunghezze d’onda è rappre-sentata in figura 2.4.Sul totale dei coni la distribuzione tra i tre tipi è circa del 60% per i coni L, 30%per i coni M e 10% per i coni S. L’attività di ciascuno di questi tre gruppi diconi genera i segnali retinici che in ultima analisi danno origine alla sensazionevisiva del colore.

La distribuzione di coni e bastoncelli sull’intera superficie della retina varianotevolmente. I coni sono gli unici fotorecettori presenti nella fovea (figura 2.5),una fossetta con diametro intorno ai 1-2 mm su cui vengono proiettate le im-magini del punto di fissazione nel campo visivo. Questo è il motivo per cuil’acuità visiva in questa zona raggiunge il suo massimo. Man mano che ci siallontana da essa il numero dei bastoncelli aumenta. Anche se i coni sono pre-senti anche all’esterno della fovea, la loro minore densità in questa zona, come

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Figura 2.4: Grafico rappresentante la sensibilità dei tre tipi di coni alle diverselunghezze d’onda della luce.

pure la minore densità delle cellule gangliari con le quali essi sono legati, spiegail perché della diminuzione di acuità visiva in funzione dell’eccentricità. Nelleparti più periferiche quindi non vengono distinti né la forma né il colore deglioggetti, ma quando un oggetto entra nel campo visivo dell’occhio, i bastoncel-li determinano il movimento istintivo della testa e dell’occhio stesso al fine diportare l’immagine nella zona centrale della retina, dove si ha la massima ca-pacità di “vedere”. Al contrario, l’assenza dei bastoncelli dalla fovea e la loropresenza massiccia all’esterno di essa spiegano perché la soglia per la percezionedi uno stimolo luminoso è molto più bassa all’esterno della regione della visionecentrale. Si riesce a vedere più facilmente un oggetto dai contorni incerti se sievita di guardarlo direttamente, di fissarlo, in modo che esso possa rimanerealla periferia del campo visivo.

Un’altra differenza tra i due tipi di fotorecettori è il loro grado di conver-genza su altri tipi di cellule presenti nella retina. Il sistema dei coni presentauna convergenza bassa, nel centro della fovea è facile che un singolo cono con-tragga sinapsi con una sola cellula bipolare che a sua volta contrae sinapsi con

una sola cellula gangliare. Il sistema dei bastoncelli invece ha una convergenzadecisamente alta: molti di essi contraggono sinapsi con una sola cellula bipolaree molte cellule bipolari che ricevono segnali nervosi dai bastoncelli convergonosulla medesima cellula gangliare. Anche se l’alta convergenza rende il sistemadei bastoncelli un buon rivelatore di luce, essa provoca allo stesso tempo unadiminuzione del potere di risoluzione spaziale, dato che la fonte di un segnaletrasmesso potrebbe trovarsi in un punto qualsiasi della retina. Per il motivo op-

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Figura 2.5: Distribuzione di coni e bastoncelli nella retina umana.

posto, la bassa convergenza del sistema dei coni è ciò che rende loro la massimaacuità visiva. Infine, sono diversi i percorsi attraverso i quali le informazionitrasportate dai due tipi di fotorecettori giungono alle cellule gangliari per esseretrasmesse alle strutture visive centrali. Nonostante i rispettivi percorsi sianodiversi, le informazioni convogliano sulle stesse cellule gangliari.

Queste cellule vennero distinte per la prima volta da Kuffler [5], che studi òla retina dei gatti, in cellule a centro “on” e cellule a centro “off”, la cui im-portanza venne successivamente ulteriormente dimostrata in [6]. Kuffler scoprı̀

che ciascuna cellula gangliare risponde alla stimolazione di una piccola e cir-coscritta area circolare della retina che delimita il campo recettivo della cellula.I due tipi di cellule scoperte sono presenti in numero pressoché uguale e i lorocampi recettivi (insieme dei recettori la cui attività può influenzare l’attività delneurone stesso) presentano distribuzioni che si sovrappongono: ogni punto dellasuperficie della retina (quindi ogni parte dello spazio visivo) viene analizzato damolte cellule gangliari di entrambi i tipi.La loro attività comunica tipi diversi di informazioni alle strutture visive cen-trali; strategia utilizzata per venire a capo della ricchezza di informazioni che lascena visiva contiene. Dirigendo un fascio di luce sul centro del campo recettivodi una cellula gangliare a centro “on” si registra un improvviso rapido aumentodella sua attività elettrica; se si fa lo stesso con una cellula gangliare a centro“off” la frequenza di scarica degli impulsi diminuisce e la cellula risponde con

una scarica di potenziali d’azione quando si spegne la luce. Le informazionisull’aumento o la diminuzione del grado di luminosità vengono comunicate alcervello in modo indipendente da questi due tipi di cellule gangliari della retina,che comunicano quindi tipi differenti di informazioni alle strutture visive cen-trali.Le cellule gangliari sono sensibili alle differenze tra il livello di luce che cade sulcentro del loro campo recettivo e il livello di luce che cade sulla periferia del cam-

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po; sono sensibili quindi ai contrasti di luminosità. Esse rispondono in modo piùdeciso a uno stimolo luminoso puntiforme indirizzato sul centro del campo re-cettivo o sulla sua periferia, piuttosto che a livelli assoluti di luce (illuminazioneuniforme). Ciò che è più importante nel segnale inviato dalla retina al cervellonon è tanto il livello di illuminazione di fondo, quanto le caratteristiche salientidello stimolo visivo, in particolare il suo contrasto con l’ambiente circostante.L’esistenza di due canali distinti per la trasmissione al cervello delle informazionirelative alla luminosità significa che le variazioni di intensità della luce vengonosempre comunicate da un processo eccitatorio anziché da diminuzioni di attivitàche, scendendo al di sotto di una soglia di riposo, si incaricherebbero di segnalareuna diminuzione del grado di luminosità. Tutto ciò è rappresentato in figura 2.6.

Figura 2.6: Risposta delle cellule gangliari a centro “on” e a centro “off” allastimolazione di zone diverse del loro campo recettivo. Lo stimolo luminoso èrappresentato con il colore giallo.

2.4 La teoria dei processi opposti

Oggi è generalmente accettato un modello della visione dei colori basato su duestadi, che concorrono entrambi alla determinazione finale del colore percepito:

• il primo stadio, definito dalla teoria tricromatica (vi sono tre tipi di coni,dalla cui azione combinata dipende la determinazione del colore in basealla lunghezza d’onda della radiazione incidente);

• il secondo stadio, definito dalla teoria dei processi opposti (la visione diun colore dipende dall’azione combinata di due canali cromatici, costituiticiascuno da una coppia di colori complementari antagonisti, più un canalededicato alla luminosità).

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Figura 2.7: Illustrazione schematica della teoria dei processi opposti.

2.5 Le vie ottiche centrali

Le vie ottiche sono essenzialmente i canali attraverso i quali l’immagine registra-ta dall’occhio viene trasmessa al cervello. Con il termine corteccia visiva siintende quell’area della corteccia cerebrale deputata esclusivamente all’elabo-razione delle informazioni sensoriali provenienti dalla retina. In corrispondenzadi ciascuna stazione della via ottica principale si trovano singoli neuroni specifi-camente preposti al compito di estrarre dagli stimoli i diversi tipi di informazionivisive per poi codificare tutte le informazioni ricavate. Man mano che si procedenella via della visione le cellule rispondono a stimoli sempre più complessi.

Per comprendere come sono organizzate le vie ottiche è necessario conoscerealcuni concetti sul funzionamento del campo visivo (figura 2.8), cioè quella partedi spazio che ciascun occhio riesce a vedere restando immobile in una determi-nata posizione. Le informazioni sul mondo esterno arrivano ad entrambi gliocchi con un elevato grado di sovrapposizione. Ci si può render conto di ciò sesi prova a chiudere un occhio, ed in tal caso ci si accorge che l’ampiezza dellavisione nel rimanente occhio è limitata principalmente dalla presenza del naso.Immaginiamo di dividere ciascuna retina e corrispondente campo visivo con unalinea verticale e una orizzontale che si intersecano al centro della fovea, formandoquattro quadranti. La linea verticale divide la retina nel settore nasale (vicinoal naso) e in quello temporale (vicino alla tempia), mentre la linea orizzontalela divide in settore superiore e inferiore. Per quanto riguarda lo spazio visivo,

due linee corrispondenti, una orizzontale e una verticale, si intersecano in cor-rispondenza del punto di fissazione e definiscono i quadranti del campo visivo.Il passaggio della luce attraverso gli elementi ottici fa s̀ı che le immagini deglioggetti che si trovano nel campo visivo risultino capovolte e presentino un’inver-sione destra/sinistra sulla superficie della retina. Quindi, nell’occhio destro, laretina nasale vede la metà destra del mondo e la retina temporale vede la met àsinistra, per l’occhio sinistro vale il contrario. Per entrambi gli occhi la parte

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superiore vede gli oggetti situati nella parte inferiore del campo visivo e vice-versa. Bisogna inoltre notare che la retina nasale destra e la retina temporalesinistra vedono praticamente la stessa cosa: tracciando una linea immaginariaa partenza dal naso, esse vedrebbero solamente ciò che si trova a destra della li-nea. Questa parte del campo visivo è chiamata emicampo destro. Analogamentel’emicampo sinistro è la parte del campo visivo vista dalla retina temporale de-stra e la retina nasale sinistra. Cos̀ı ogni cosa che vediamo è divisa in una metàdestra e in una metà sinistra. Ciascun occhio riceve l’informazione da entrambigli emicampi. In questo modo ogni oggetto osservato viene visto da entrambigli occhi (e questo è fondamentale per il senso di profondità) ma le immaginicadono sulla retina nasale di uno e sulla retina temporale dell’altro.

La parte più interna del sistema visivo nasce dagli assoni delle cellule ganglia-ri che escono dalla retina passando per una regione circolare detto disco ottico,dove si uniscono a fascio formando il nervo ottico. In uscita dalla retina i duenervi ottici, unendosi, formano una struttura ad X (chiasma) disposta sopraun’importante ghiandola del cervello chiamata ipofisi.All’interno del chiasma, parte delle fibre dei nervi ottici si incrociano tra loro:le fibre provenienti dalla parte nasale di ogni nervo ottico passano cioè dal latoopposto, mentre le fibre provenienti dalla parte temporale di ogni nervo otticorimangono dallo stesso lato. In questo modo ciascun braccio della X chiasmaticaè formato dalle fibre temporali di un lato e dalle fibre nasali del lato opposto.La parte posteriore di ogni braccio del chiasma viene chiamata tratto ottico(sinistro e destro) e al suo interno le fibre nervose mantengono la stessa dispo-

sizione del chiasma.I tratti ottici terminano a livello di zone del cervello chiamati corpi genicolatilaterali; da qui partono le radiazioni visive, ultima parte delle vie ottiche, co-stituite dalle fibre nervose che si separano a ventaglio e, percorrendo tutto ilcervello, arrivano alla corteccia visiva primaria, la parte di cervello localizza-ta in sede occipitale, cioè a livello della nuca, cui vengono inviate tutti i varidettagli registrati dalla retina ottenendo cos̀ı una visione d’insieme complessiva.La corteccia visiva primaria è divisa in una metà destra e in una metà sinistra;ciascuna metà è poi ulteriormente suddivisa in una parte inferiore e in una supe-riore dalla scissura calcarina. Il percorso appena descritto è visibile in figura 2.9.

Esistono poi le aree associative visive, direttamente connesse con la cortec-cia visiva primaria che aggiungono informazioni su un determinato oggetto. Inmancanza di queste aree tutto ciò che noi vediamo rimarrebbe semplicementeun’immagine priva di senso che non saremmo assolutamente in grado di capiree di mettere in relazione con le altre parti della scena visiva.

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Figura 2.8: Proiezione dei campi visivi sulla retina sinistra e sulla retina destra.A) Proiezione di un’immagine sulla superficie della retina. B) I quadranti diciascuna retina e il loro rapporto con l’organizzazione dei campi visivi mono-culari e binoculari, come si osservano dalla superficie posteriore degli occhi. C)La proiezione del campo visivo binoculare sulle due retine e il suo rapporto conl’incrociarsi delle fibre nel chiasma ottico.

2.6 Organizzazione dei neuroni lungo le vie ot-tiche

Le cellule gangliari della retina proiettano in modo ordinato sul corpo genicolatolaterale secondo una rappresentazione topologicamente organizzata in relazionealla retina, ovvero al campo visivo: informazioni provenienti da regioni adia-centi nella retina proiettano su regioni adiacenti del corpo genicolato laterale. Ineuroni di quest’ultimo, a propria volta, conservano questa organizzazione to-pografica anche nelle loro proiezioni alla corteccia visiva primaria. Le strutturevisive centrali, pertanto, rivelano una rappresentazione ordinata dello spazio vi-

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Figura 2.9: Le vie ottiche centrali viste da una sezione del cervello.

sivo.

In precedenza avevamo visto che una prima divisione delle cellule gangliaripuò essere effettata in base alla modalità di risposta agli stimoli luminosi. Esisto-

no infatti cellule a centro “on” e a centro “off”. Questa non è l’unica cosa chele differenzia. In realtà esistono diverse popolazioni funzionalmente distinte dicellule gangliari, e ognuna di queste popolazioni si divide a sua volta nei sotto-tipi a centro “on” e a centro “off”.Una distinzione importante è quella tra cellule gangliari M e cellule gangliari P,le prime hanno corpi cellulari più voluminosi e hanno un campo recettivo piùgrande; inoltre i loro assoni hanno una più elevata velocità di conduzione degliimpulsi nervosi. Alla presentazione di stimoli visivi le cellule M rispondono conun’attività transitoria mentre le cellule P rispondono in maniera prolungata,inoltre queste ultime sono in grado di trasmettere informazioni riguardo ai colo-ri in quanto il centro e la periferia del loro campo recettivo vengono attivati daclassi diverse di coni (da quelle sensibili al rosso, blu e verde). Nelle cellule Minvece sia il centro che la periferia non fanno distinzioni tra i tipi di coni dai

quali ricevono stimoli e vengono attivati da tutti i tipi di coni indifferentemente.Le cellule M e P terminano in strati diversi del nucleo genicolato laterale:le prime terminano negli strati magnocellulari, le seconde negli strati parvo-cellulari, da cui prendono i loro nomi. Le informazioni visive comunicate dallacorrente parvocellulare sono cruciali per la visione a elevata risoluzione e perl’analisi dettagliata della forma, dimensioni e colori degli oggetti; la correntemagnocellulare comunica informazioni essenziali per analizzare il movimento

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degli oggetti nello spazio.

Una particolarità della corteccia visiva primaria è la modalità in cui i neuronisono raggruppati lungo il suo spessore. Si tratta di un’organizzazione colonnare;a medesime “colonne” equivalgono neuroni che presentano analoghe modalitàdi risposta agli stimoli. Nonostante essi rispondano a stimoli provenienti daentrambi gli occhi, agli estremi di questo insieme sono presenti neuroni cherispondono quasi esclusivamente a segnali che provengono dall’occhio sinistroo viceversa da quello destro; mentre nella parte centrale troviamo neuroni cherispondono in ugual modo ai segnali provenienti da entrambi gli occhi. Anchele risposte ad altre caratteristiche degli stimoli (es. colore, direzione del movi-mento) sono distribuite in strutture che si ripetono in modo regolare e che sonosistematicamente legate l’una all’altra.La quantità di area della corteccia visiva primaria dedicata ad ogni singola area

della superficie sensoriale non è uniforme, ma riflette la densità dei recettorie delle fibre sensoriali presenti nella regione periferica. Pertanto la rappresen-tazione della fovea è sproporzionatamente grande, occupando la maggior partedello spazio.Ciascuna cellula della corteccia visiva primaria risponde in massimo grado aduna gamma ristretta di tipi di orientamento spaziale degli stimoli presentati(l’orientamento preferito della cellula). Quindi tutti i tipi di orientamentospaziale presenti nella scena visiva sono codificati nell’attività di popolazioni di-stinte di neuroni caratterizzati da specifiche preferenze di orientamento spaziale.Inoltre, all’interno di una classe di neuroni con determinate preferenze si distin-guono alcuni sottotipi che presentano sottili differenze gli uni dagli altri.In confronto alle cellule gangliari della retina, i neuroni dei livelli superiori della

via ottica diventano progressivamente più selettivi in fatto di modalità di sti-molazione che occorrono per indurne l’attivazione. Ad esempio i campi recettividi alcune cellule, chiamate cellule semplici, sono composti da zone a risposta“on” e zone a risposta “off”, le une separate spazialmente dalle altre. Altrineuroni, le cellule complesse, presentano una commistione di risposte “on” e“off” in tutto il campo recettivo. Le cellule ipercomplesse sono sensibili a sti-moli molto complessi come ad esempio alla lunghezza di una barra luminosa chevenga spostata attraverso il loro campo recettivo; la frequenza delle risposte diquesti neuroni diminuisce quando la lunghezza della barra luminosa supera undeterminato limite.Un’altra caratteristica che differenzia le risposte dei neuroni della corteccia vi-siva primaria rispetto a quelle dei neuroni di precedenti stazioni di elaborazionedella via ottica è il fatto che si tratta di risposte binoculari. Infatti il nucleo

genicolato laterale riceve assoni da entrambi gli occhi, ma al suo interno questiterminano in strati separati, per cui i singoli neuroni vengono attivati dai se-gnali che provengono dall’occhio sinistro o da quello destro e non da entrambi.Oltrepassato questo punto della via ottica i segnali provenienti dai due occhivengono integrati a livello delle cellule. Il fatto che a livello della corteccia visi-va primaria si verifichi una integrazione delle informazioni provenienti dai dueocchi costituisce il fondamento della visione stereoscopica, cioè uno degli indizi

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Figura 2.10: Le risposte di cellule gangliari ad opponenza cromatica sempliceed opponenza cromatica complessa. Le frecce rappresentano colore e locazionedello stimolo luminoso.

più importanti per la percezione della profondità. Le cellule vengono attivate inmassimo grado da stimoli che cadono su parti non corrispondenti delle due re-tine (cosa che avviene in quanto i due occhi vedono la realt à da due angolazionileggermente diverse, e quindi gli oggetti che si trovano davanti o dietro il pianodi fissazione proiettano a punti non corrispondenti delle due retine). Alcuni neu-roni si attivano in risposta alle disparità tra le immagini dei punti che si trovanooltre il piano di fissazione, altri in risposta a quelle che si trovano davanti ad esso.

Anche riguardo alla percezione cromatica il sistema visivo dei primati è carat-terizzato da neuroni che rispondono a stimoli sempre più complessi man manoche si prosegue lungo le vie ottiche. Ciò avviene per qualsiasi altro tipo dipercezione visiva; ad esempio, nel caso della forma, nelle prime stazioni dellavia ottica si trovano neuroni che rispondono a particolari orientamenti; prose-guendo troviamo neuroni che rispondono a orientamento e lunghezza, fino adarrivare alle ultime stazioni dove i neuroni rispondono a forme complesse come

le facce umane.Secondo la teoria tricromatica, la percezione del colore inizia dalla retina

con i tre tipi diversi di coni. I neuroni che rispondono allo stimolo più sem-plice deputati alla percezione del colore si trovano nel corpo genicolato laterale.Questi neuroni sono caratterizzati da centro recettivo concentrico ad opponenzacromatica semplice. L’eccitazione del neurone avviene se il centro del cam-po recettivo viene colpito da un colore, mentre si ha un’inibizione della risposta

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quando la periferia del campo recettivo risulta colpita dal colore opposto (rosso-verde, giallo-blu). A livello della corteccia visiva primaria troviamo neuroni conrisposte più complesse. Questi neuroni sono caratterizzati da campi recettiviad opponenza cromatica doppia. Un neurone di questo tipo viene eccitato adesempio da una luce rossa al centro e da una luce verde alla periferia, e vieneinibito da una luce rossa alla periferia e da una luce verde al centro. Questidue tipi di cellule gangliari sono mostrati in figura 2.10. Un ultimo esempio dineuroni che rispondono a stimoli luminosi riguardanti il colore sono i neuronicomplessi ad opponenza doppia che hanno le stesse proprietà delle cellule sem-plici ad opponenza cromatica doppia ma sono indipendenti dalla localizzazionedel contrasto di colore a livello del campo visivo, ovvero non sono caratterizzatida campi recettivi concentrici e rispondono in caso di contrasto cromatico.

2.7 ConclusioniUna volta che il cervello ha ricevuto le informazioni relative allo stimolo visivoentra in gioco il livello linguistico. In questa fase il cervello interpreta dal puntodi vista semantico gli stimoli ricevuti e assegna loro delle etichette linguistiche.Il linguaggio ha quindi un ruolo decisamente importante in quanto ci permettedi comunicare informazioni relative al colore e di rendere condivisibile un’espe-rienza del tutto soggettiva. La percezione dei colori e la relativa terminologiacromatica sono strettamente connesse tra loro, e non solo legate sequenzial-mente. Nella seconda parte della tesi, dedicata al lessico cromatico, si appro-fondirà questo argomento. Mentre la percezione del colore sembrerebbe esserecomune a tutti gli esseri umani, il modo in cui questi esprimono linguisticamenteil colore mostra molte differenze. In riferimento al funzionamento del sistema

visivo umano affrontato in questo capitolo e per ulteriori approfondimenti siveda [2, 9, 10].

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CAPITOLO

3

La percezione del colore

3.1 Cos’è il colore

Non tutti gli esseri viventi dotati di un sistema visivo vedono il mondo allo

stesso modo. Esso infatti appare in tinte diverse agli occhi di creature diverse.Per questo motivo la domanda “Di che colore è/sono. . . ?” non ha alcun senso.Gli oggetti non sono colorati, il colore è un’esperienza del tutto soggettiva chedipende da due elementi: la luce che gli oggetti riflettono e le proprietà del si-stema visivo di chi guarda. Tuttavia, normalmente il colore non è considerato unoggetto della percezione, ma piuttosto una caratteristica degli oggetti presentinel nostro mondo fenomenico, si presenta cioè come oggettuale. Il colore vienevisto sulla superficie degli oggetti, ma appare come il colore di tutto l’ogget-to, come una caratteristica del materiale di cui esso è costituito. Una delleprime funzioni del colore è quindi quella di rivelare il tipo di materiale di cuiè fatto un oggetto. Ciò concorda con il fatto che normalmente le condizioni diilluminazione e di ombra non vengono colte esplicitamente, poiché sono carat-teristiche variabili rispetto alla costituzione degli oggetti. La luce viene vista

come qualcosa di contingente, del tutto irrilevante rispetto a ci ò che interessamaggiormente, ovvero gli oggetti nella loro concretezza e stabilità. Le carat-teristiche inerenti agli oggetti non risultano influenzate dal fatto che la luce siatanta o poca, più o meno cromatica.

Nonostante ciò, fino a poco più di tre secoli fa si era convinti che il colorefosse una indissolubile proprietà degli oggetti. Fu Newton [1] a dedurre che

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la luce bianca non fosse pura ma composta di colori diversi. Per essere piùchiari, non dobbiamo pensare che i raggi luminosi siano di per sé colorati; ilcolore è invece legato alla capacità di certe radiazioni di produrre certe rispostenel nostro sistema nervoso. Quando la luce del sole (luce bianca) illumina unoggetto, si danno tre casi:

1. Tutto lo spettro viene riflesso; l’oggetto appare bianco.

2. Tutto lo spettro viene assorbito; l’oggetto appare nero.

3. Una parte dello spettro viene assorbita e l’altra riflessa, e l’oggetto apparedel colore della luce riflessa. Ciò che viene assorbito non raggiunge l’occhioe quindi non può essere percepito.

3.2 Meccanismi della visione a coloriLa percezione del colore può essere influenzata da un grande numero di fattori; lecaratteristiche spaziali e temporali di uno stimolo, le dimensioni, l’illuminazionee la geometria giocano un ruolo fondamentale nella percezione del colore.Nel seguito di questo capitolo verranno presentati alcuni fenomeni di basso edalto livello della visione [11]. I fenomeni di basso livello sono caratterizzati daun comportamento abbastanza semplice e possono essere facilmente modellati.D’altro canto i fenomeni di alto livello sono molto più complessi e si è ancoramolto lontani dalla loro comprensione, tuttavia vanno tenuti in considerazionenella progettazione di test psicofisici. I meccanismi di ordine superiore, sonoancora più complessi, non ancora modellati formalmente e non vi è nemmenoconsenso nella comunità scientifica sul loro ruolo e funzionamento. Questi mec-

canismi riguardano il modo in cui il cervello processa l’informazione cromaticaproveniente dall’occhio attraverso i canali opposti.

3.2.1 Fenomeni visivi di basso livello

La legge di Weber-Fechner

La legge di Weber-Fechner fu uno tra i primi tentativi di descrivere la relazionetra la portata fisica di uno stimolo e la percezione umana dell’intensit à di talestimolo. La relazione tra uno stimolo e la percezione che si ha dello stesso èstata studiata inizialmente da Weber (1795-1878) [12], e fu in seguito elaboratasotto forma di modello teorico da Fechner (1801-1887) [13].

La scoperta della relazione esistente tra stimolo e percezione venne fatta daWeber grazie ad un esperimento nel quale veniva chiesto ad alcune persone seriuscissero a notare la differenza tra due stimoli (in questo caso dei pesi). Ilrisultato fu che la più piccola differenza percepita ( just noticeable difference ,JND) era all’incirca proporzionale all’intensità dello stimolo. Ad esempio, seuna persona riusciva correttamente a notare come un peso di 110 g fosse piùpesante di un peso di 100 g, allora essa avrebbe notato anche la differenza tra

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1100 g e 1000 g.In pratica Weber, scopri che se L rappresenta l’intensità iniziale di uno stimoloe ∆L rappresenta il minimo incremento dell’intensità dello stimolo necessarioa percepire una differenza, allora risulta che il rapporto tra ∆L e L rimanecostante, formalmente:

∆L

L = Costante

Le ricerche condotte su tutte le modalità sensoriali (tatto, udito, vista e cosı̀via) hanno dimostrato la validità di questa legge ad un livello di approssimazionedecisamente soddisfacente, salvo che per i valori estremi delle scale di intensit à.Nel caso del sistema visivo umano, ad esempio, essa è valida per quanto riguar-

da la percezione del colore o della luminosità. Per verificarla basta svolgere unsemplice esperimento psicofisico in cui viene mostrato ad un osservatore unostimolo come quello indicato in figura 3.1, sulla sinistra.

Figura 3.1: Sulla sinistra lo stimolo osservato dai soggetti, sulla destra la curvarisultante dall’esperimento.

Lo schermo è composto da uno sfondo uniforme di intensità L ed un piccolocerchio grigio di intensità L + ∆L. Per ogni valore di L dello sfondo, vienemisurata il minimo incremento necessario a distinguere il cerchio (L/∆L). Lacurva risultante è mostrata in figura 3.1 sulla destra. Si può notare che pergran parte dei valori di L questa risulti costante, in accordo alla legge di Weber-Fechner. Questo significa che un incremento dell’1-3% sullo stimolo luminoso

del cerchietto, è sufficiente per essere percepito se l’illuminazione dello sfondo hamedi valori. In caso di sfondo molto scuro o molto chiaro (estremi del grafico),ciò non è più vero. Ciò non contraddice la legge che rimane semplicemente unabuona approssimazione di un fenomeno psicofisico. Formulando questa legge,Fechner apriva un capitolo di notevole rilievo della scienza moderna, quello del-la psicofisica, che avrebbe poi dato luogo ad un numero altissimo di applicazioni.

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Funzioni di sensibilità al contrasto

Il modo in cui uno stimolo colorato appare ai nostri occhi dipende dalla suafrequenza spaziale e temporale. I tre canali opposti hanno differenti risoluzionispaziali. Le caratteristiche del sistema visivo umano dal punto di vista spazialee temporale sono definite dalle Contrast Sensivity Functions (CSF). Le CSFsono misurate presentando ad un osservatore uno stimolo che varia in modosinusoidale nel tempo o nello spazio (figura 3.2).

Figura 3.2: In questa immagine il contrasto varia verticalmente, la frequenzaspaziale varia orizzontalmente. Si osservi come per frequenze medie è necessariomeno contrasto per osservare le sbarre.

Far variare la frequenza temporale dello stesso stimolo significa ad esempiomostrare alternativamente una barretta bianca e una nera con un certo intervallodi tempo. In questo modo il contrasto del target viene variato e si determinaquando l’osservatore nota la differenza. Il contrasto è normalmente definitodalla seguente relazione:

C = Lmax − Lmin

Lmax + Lmin

Il contrasto è quindi uguale alla differenza tra l’intensità massima dello sti-molo e l’intensità minima dello stimolo diviso la somma delle due intensità. Iprincipali risultati di questo esperimento sono riassunti nei due grafici in figura3.3. Osservando i grafici, la prima conclusione alla quale si giunge è che i trecanali opposti hanno sensibilità differenti: si noti la frequenza minore per ilcanale yellow-blue rispetto a quello red-green dovuta al basso numero di coni S

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nella retina, mentre la CSF relativa alla luminanza è molto più alta rispetto alledue CSF cromatiche. Questo denota una maggiore sensibilità a piccoli cambia-menti nel contrasto di luminosità rispetto al contrasto cromatico. L’andamentodella sensibilità alla variazione di frequenza spaziale o temporale rimane più omeno lo stesso. La seconda importante conclusione è che la sensibilità al con-trasto è massima per le medie frequenze, mentre tende a zero per altre frequenze,ovvero dove l’occhio umano non riesce più a distinguere i dettagli.

Figura 3.3: CSF per il contrasto cromatico e di luminanza. A sinistra CSFspaziali, a destra CSF temporali.

Mescolanza cromatica additiva

I colori che non corrispondono a luce di una singola lunghezza d’onda possonoessere ottenuti solo mescolandone insieme due o più. La mescolanza di luci èdiversa da quella operata dal pittore che mescola pigmenti, cioè sostanze colo-rate; nel primo caso parliamo di mescolanza additiva (figura 3.5, sinistra) e nelsecondo di mescolanza sottrattiva (figura 3.5, destra). Si tratta di due mecca-nismi con cui si forma il colore. La differenza è quella tra la percezione di coloricome risultato di luci provenienti direttamente da una sorgente luminosa e lapercezione di colori come risultato di luci riflesse da superfici interposte tra unasorgente ed i nostri occhi. Pur dando luogo alla stessa sensazione, la naturadei due processi è profondamente diversa. La prima è un fenomeno biologico,la seconda invece ha cause esclusivamente fisiche. La mescolanza sottrattivaverrà presa in esame nel prossimo capitolo sulla colorimetria, non essendo un

meccanismo psicologico e percettivo come invece è la mescolanza addittiva.

Il fatto che luci di differente lunghezza d’onda, le quali, viste singolarmente,ci appaiono ciascuna colorata in modo diverso, generino, sommate insieme, lavisione del bianco, è un fenomeno che viene definito mescolanza additiva. Inquesto caso si producono effetti di luce sovrapponendo fasci luminosi prove-nienti da diverse sorgenti monocromatiche. Le luci delle sorgenti luminose nei

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colori primari vengono mescolati per produrre il colore desiderato. In condizionidi osservazione fissate, una qualunque miscela di due o più radiazioni elettro-magnetiche nell’intervallo visibile corrisponde sempre ad uno stesso colore. Ciòpermette di identificare qualsiasi colore percepito in funzione delle sole compo-nenti fisiche che danno come esito percettivo quel determinato colore.La mescolanza additiva può avvenire per media spaziale o temporale. Nellamescolanza additiva per media spaziale l’effetto è prodotto dalla sovrapposizionedi luci su una stessa porzione di spazio; piccoli punti colorati non distinguibilidall’occhio, vengono mescolati addittivamente da esso. Nell’esempio in figu-ra 3.4 l’alternarsi di giallo e blu, ad un certo punto, non viene più riconosciutodall’occhio umano, che percepisce il colore grigio (essendo questi due colori com-plementari). Allo stesso modo dei piccoli punti rossi stampati su carta bianca,visti da sufficiente distanza, causano la percezione del colore rosa. Il rosa è, inquesto caso, un colore prodotto dalla mescolanza additiva in media spaziale del

bianco e del rosso. Nella mescolanza additiva in media temporale diversi stimolidi colore colpiscono l’occhio non contemporaneamente ma in rapida successione.Quando il ritmo del loro alternarsi è sufficientemente elevato, i recettori dellaretina non sono più in grado di discriminare tra due sensazioni successive, chevengono quindi fuse nella percezione di un unico colore-somma.

Figura 3.4: Mescolanza additiva in media spaziale. Si noti come due coloricomplementari, il giallo e il blu, diano origine ad un immagine grigia.

Meccanismi di adattamento

La definizione propria di adattamento dice che un sistema sensoriale varia il suostato di sensibilità in funzione della stimolazione cui è soggetto. L’adattamentoè un fenomeno che si sviluppa nel tempo, riguarda cioè caratteristiche temporalidella percezione visiva.Quando l’organo di senso è stimolato a lungo e ad un alto livello di intensit̀a,la sua sensibilit̀a diminuisce, la stessa stimolazione quindi provoca un effettominore e per avere lo stesso effetto ci vuole una stimolazione più intensa. Al

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Figura 3.5: Nella figura di sinistra è rappresentato lo schema classico della sintesiadditiva. È l’effetto che si ottiene sovrapponendo tra loro tre raggi luminosi:uno verde, uno rosso ed uno blu. Al centro, dove i tre raggi si sovrappongono,appare il bianco. Il tipo di mescolanza additiva mostrata è detto spaziale,

perché l’effetto è prodotto dalla sovrapposizione di luci su una stessa porzionedi spazio. Nella figura di destra lo schema classico della sintesi sottrattiva cheverrà trattata in seguito.

contrario, quando l’organo è poco stimolato la sua sensibilità aumenta e ancheuno stimolo debole provoca una forte risposta sensoriale. Detto questo risultachiaro il perché passando da un ambiente scuro a uno molto luminoso rimania-mo abbagliati: l’occhio è abituato ad un livello basso di stimolazione, è tropposensibile per stimoli cos̀ı intensi e si satura facilmente. Si parla in questo casodi light adaptation . Ritornando in un ambiente buio non ci si vede quasi più,perché la sensibilità dell’occhio è troppo bassa e la stimolazione ambientale nonriesce a provocare una risposta sufficiente. In questo caso si tratta di dark adap-

tation . La principale differenza tra light adaptation e dark adaptation è il tempoche richiedono per essere completate. La prima è molto più veloce richiedendomeno di un minuto, la seconda richiede circa mezzora.L’ultimo tipo di adattamento è il chromatic adaptation , che è causato da similimeccanismi fisiologici. Ad esempio, se si fissa un colore saturo per un p ò di tem-po e poi si sposta lo sguardo su un foglio bianco, si vedr à una debole immaginedi un colore diverso, all’incirca del colore complementare a quello fissato. Questeimmagini consecutive vengono dette “negative” proprio perché sono del colorecomplementare a quello osservato in precedenza (figura 3.6). L’esposizione an-che brevissima a una luce molto intensa genera invece un’immagine dello stessocolore, che viene detta “positiva”. Ci si riferisce a questi episodi con il nome difenomeno delle immagini consecutive (afterimages ).

3.2.2 Fenomeni visivi di alto livello

Costanza cromatica

La costanza cromatica è un fenomeno per cui il colore percepito di un oggettotende a rimanere costante nonostante la composizione spettrale della luce che loillumina cambi, ovvero cambino le condizioni di illuminazione, e di conseguenza

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Figura 3.6: Adattamento cromatico. Fissare il punto bianco nella bandiera per30 secondi. In seguito fissare il punto nero nel riquadro bianco a destra. Acausa del fenomeno dell’adattamento cromatico, nel quadrato bianco appariràuna immagine uguale a quella del riquadro a destra ma in cui i colori originali

sono sostituiti dai rispettivi colori complementari. Apparirà quindi la bandieraamericana.

anche la composizione spettrale della luce che l’oggetto riflette. Ciò permettedi identificare oggetti in molteplici diverse condizioni di illuminazione.Questo fenomeno è mediato da meccanismi che operano a livelli diversi del si-stema visivo, tra cui i meccanismi dell’adattamento cromatico (chromatic adap-tation ) e della memoria del colore (color memory ), ed è basato sullo sfruttamen-to inconsapevole di parecchi indizi. Il meccanismo del color memory è legato alfatto che noi sappiamo qual’è il normale colore degli oggetti o quali sono i coloriprototipici degli oggetti riconoscibili, la nostra percezione del colore è quindiinfluenzata da ciò che sappiamo degli oggetti. Tuttavia la costanza cromaticatende a verificarsi puntualmente anche con oggetti non familiari del cui verocolore non possiamo avere idea.

La costanza cromatica è prevalentemente un fenomeno relazionale. Le coseche vediamo non sono isolate, ma circondate da altri oggetti. Fra lo spettrodella luce riflessa da un oggetto e lo spettro della luce riflessa dal suo sfondoesiste una certa relazione che chiamiamo rapporto spettrale. Quando l’illumi-nazione cambia i singoli spettri riflessi cambiano a loro volta, ma il rapportospettrale tra loro rimane invariato. I due oggetti riflettono lunghezze d’ondain percentuale diversa, ma al variare dell’illuminazione il contrasto locale, in-teso come rapporto spettrale, resta invariato. Inoltre occorre precisare che lacostanza di colore è mediata tanto da questo contrasto locale che dal contrasto

globale, ovvero dalle informazioni provenienti dall’intera scena. Questo sistemadella costanza cromatica tuttavia a volte fallisce: il meccanismo si è evoluto percompensare le variazioni naturali nella composizione spettrale della luce solare,non delle luci artificiali.In figura 3.7 si osserva un esempio di costanza cromatica. Se nella prima figurasi osserva la maglietta della donna, questa ci appare chiaramente gialla. Nell’im-magine centrale possiamo osservare l’immagine originale non filtrata e la nostra

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risposta viene confermata. L’immagine a destra rappresenta l’immagine origi-nale con solamente la maglietta filtrata (ovvero come ci appariva nella figura asinistra), la maglietta ci appare ora verde. A causa della costanza cromatica ab-biamo correttamente visto la maglietta gialla anche se la sensazione che i nostrifotorecettori hanno registrato era quella del verde.

Figura 3.7: Un esempio del fenomeno della costanza cromatica.

Contrasto cromatico simultaneo

Al fine di spiegare questo fenomeno è necessario ribadire il concetto di colorecomplementare. I colori complementari sono quelli che mescolati assieme dannoun colore acromatico. Ogni colore, assieme al suo complementare, dà origine

a una miscela perfettamente proporzionata dei tre colori primari, che al nostroocchio appare bianca.

Il contrasto cromatico è un fenomeno secondo il quale ogni colore acquistapercettivamente una componente complementare al colore adiacente, uno sfon-do chiaro ci farà apparire lo stimolo più scuro di quanto sia in realtà, uno sfondorosso ci farà apparire lo stimolo più verde e cos̀ı via. Come risultato due coloricomplementari diventano più saturi, due colori non complementari assumonouna tinta leggermente diversa. Ciò che accade è che si percepisce lo stesso colo-re in modo differente in dipendenza dai colori che lo circondano. Ad esempio lostesso colore appare più luminoso se posto su uno sfondo scuro e meno luminosose posto su uno sfondo chiaro. Ciò è evidente nell’esempio mostrato in figura 3.8.

Il contrasto di colore consiste in un’esaltazione della differenza tra il coloredi due superfici adiacenti, ma non rappresenta l’unico modo in cui colori vicinipossono interagire tra loro. In alcuni casi due superfici adiacenti si influen-zano nel modo opposto: la differenza tra loro diminuisce anziché aumentare.Questo fenomeno, opposto rispetto al contrasto cromatico, prende il nome di“assimilazione cromatica”.

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Figura 3.8: Esempio di contrasto cromatico simultaneo. I due quadratini interniappaiono di colori differenti pur essendo fisicamente dello stesso colore.

3.2.3 Meccanismi visivi di ordine superiore

C’è accordo generale sul fatto che le informazioni cromatiche vengano proces-sate da meccanismi gerarchici: al primo stadio i segnali provenienti dai tre tipidi coni, ognuno con il suo fotopigmento, vengono linearmente combinati performare i tre canali opposti al secondo livello. La natura interattiva di questosecondo stadio è ampiamente accettata e supportata da diversi esperimenti psi-cofisici. A partire da quel livello, il comportamento del sistema visivo umano perquanto riguarda il trattamento delle informazioni cromatiche è molto discusso elontano dall’essere compreso e spiegato in modo soddisfacente. Stiamo parlan-do dei meccanismi visivi di ordine superiore (higher order color mechanisms ),ovvero di quei meccanismi che vanno oltre quelli di secondo livello [14].

La percezione della distribuzione spaziale del colore è stata studiata per cer-care di capire il grande numero di meccanismi che questo tipo di esperienzaimplica. Osservando una scena colorata infatti vengono coinvolti una moltitu-dine di meccanismi che operano ad un livello post-recettorale (cognitivo).Ad esempio, anche se il contrasto rispetto all’immediato background ha unalarga influenza sul modo in cui il colore ci appare, questo non è sufficiente aspiegare come il colore di un oggetto venga percepito in condizioni di visionepiù naturali. È stata infatti notata l’influenza di elementi cromatici remoti sullapercezione dei colori e si è scoperto un effetto di induzione indipendente dalladistanza. Gli effetti del contesto cromatico sono molto diversi dai cambiamentinel modo in cui i colori appaiono dovuti al contrasto cromatico immediato. L’ef-fetto di induzione cromatica prodotto da background cromatici distanti dipende

dal contrasto, mentre il suo effetto sarebbe minimo quando non c’è contrastocromatico tra il test e il contorno immediato. L’importanza della variazione al-l’interno dello stimolo ai fini della determinazione del modo in cui questo appareè stata sottolineata da molti studi recenti.Oltre a quest’ultimo sono stati osservati un grande numero di fenomeni, ma lamaggior parte di essi sono difficili da capire e da modellare. Forse questo accadeperché non siamo in grado di determinare quali sono le componenti basiche del

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sistema visivo umano e le loro caratteristiche. Il sistema visivo umano si avvaledi un numero di attributi nei compiti visivi di ogni giorno, come la configu-razione spaziale, la profondità, il colore e la luminanza.

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CAPITOLO

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Colorimetria

Nelle pagine precedenti abbiamo analizzato una serie di fenomeni riguardanti lapercezione del colore. A questo punto è opportuno chiedersi come sia possibilecomunicare il colore. Gli esseri umani non hanno memoria per esso: per ricor-darci un colore lo dobbiamo sempre associare ad un oggetto, seppure in modoinconsapevole. Come è possibile quindi comunicare il colore in maniera univocase la percezione è del tutto soggetta a parametri instabili e soggettivi?Un colore può innanzitutto essere rappresentato da tre numeri e questo derivadalla fisiologia del sistema visivo umano. La luce visibile è infatti convertita intre segnali ed inviata al cervello; ognuno dei differenti segnali corrisponde aduno dei tre tipi di coni. Ogni luce colorata può essere rappresentata dalla suadistribuzione spettrale, che mostra la potenza in funzione della lunghezza d’on-da, questa viene successivamente convertita nei tre valori di risposta dei coni L,M e S. Da ciò derivano due importanti principi:

• Tricromaticità: qualsiasi spettro (che rappresenta un colore) può essereridotto a tre valori senza alcuna perdita di informazione rispetto al sistemavisivo.

• Metamerismo: tutti gli spettri che creano la stessa risposta tricromaticasono indistinguibili.

Il principio della tricromaticità non dice che L, M e S sono gli unici valori concui si può descrivere un colore, ma semplicemente che esistono terne di numeriche descrivono un colore.

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Per riuscire a dare una risposta alla necessità di rendere “oggettivo” il coloreè nata la colorimetria, una disciplina che si occupa di standardizzare la misu-razione del colore attraverso lo studio dei modelli di colore [10, 15, 16]. Il suoobiettivo è quello di associare uno o più parametri al determinato colore per ren-derlo misurabile in modo significativo, espressivo, consistente e riproducibile. Ilproblema principale che questa scienza si propone di risolvere è quello di cer-care una corrispondenza tra una grandezza fisica misurabile ed oggettiva (fotonipercepiti dall’occhio) e una grandezza psicologica soggettiva e non fisicamenteosservabile (la sensazione che percepiamo); questa operazione è detta specifi-cazione del colore.A questo proposito si sono mossi organismi internazionali quali la Commission Internationale de l’ ́ Eclairage (CIE) e l’Optical Society of America (OSA). Cisono certe differenze nel giudizio del colore da parte dei singoli osservatori, eproprio uno dei primi scopi della CIE fu quello di stabilire uguaglianze di colori

che possono essere accettabili per un osservatore medio, standard. Parleremodi ciò in seguito.

I colori si differenziano l’uno dall’altro sulla base di tre caratteristiche di-stinte:

1. Tinta (hue ): è quello che nel linguaggio comune si chiama semplicemente“colore”, si riferisce a quella qualità che permette di distinguere il verdedal rosso, dal giallo, dal blu e cos̀ı via. Si chiamano cromatici i coloriche possiedono una tinta, e acromatici quelli che non la possiedono (bian-co, nero e grigio). Una tinta non è un colore ma una famiglia di colori.Quando si cita una tinta, ad esempio “rosso”, non si intende parlare di unparticolare colore rosso ma dell’intera famiglia dei rossi.

2. Chiarezza/Brillanza (lightness/brightness ): questi due attributi si rife-riscono a quanto il colore è chiaro o scuro, e sono legati alla quantit̀a diluce riflessa fisicamente dalla superficie.La brillanza (brightness ) è l’attributo di una sensazione visiva secondo ilquale uno stimolo visivo appare più o meno “intenso”, o emettere più omeno luce. Essa è quindi legata alla quantità di luce riflessa da un ogget-to, dipende dalla sorgente luminosa. La chiarezza o luminosità (lightness )è l’attributo di una sensazione visiva secondo il quale uno stimolo visivoappare più o meno “intenso”, o emettere più o meno luce in proporzione aquella emessa da un’area similmente illuminata percepita come “bianca”.Essa è quindi la percentuale di luce riflessa da un oggetto. Si tratta cioèdella brillanza relativa.

Un quadrato grigio su un pezzo di carta bianca, visto dentro una casa, hauna certa brillanza. Alla luce del sole esso avrà una brillanza maggiore.La chiarezza invece, giudicata in relazione a quella del bianco della carta,rimarrà costante. Quindi la brillanza dipende dal colore e dalla luce cheillumina l’oggetto, mentre la chiarezza non ha legami quest’ultimo aspet-to. In realtà i due termini vengono spesso confusi perché non esiste unanomenclatura italiana standardizzata, ciò è tuttavia in corso di definizione.

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3. Saturazione (saturation ): è chiamata anche purezza in quanto si riferiscea quanto il co

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Il colore e il lessico dei colori