Aquest és un taller sobre la percepció a base d’experiments. Hi són cinc els sentits clàssics dels quals se val el cervell per percebre el mon exterior: La vista, l’oïda, el gust, l’olfacte i la pell, però en aquesta entrada me centraré en la física de la percepció visual.
- Percepció visual. Entendre el cervell amb la percepció visual.
- En relació a com funciona l’ull humà
- Morfologia de l’ull
- Cèl·lules que suren en els ulls
- Adaptació a la distància
- Profunditat de camp
- L’ull inverteix les imatges
- Sorpresa invertida
- Reacció conjunta de les pupil·les als canvis d’intensitat de la llum
- Agudesa visual
- Les lents de les ulleres de vista cansada
- Distribució dels sensors de llum a la retina
- Nervi òptic i punt cec
- El pèndol de Pulfrich
- Imatges en moviment. El mite de la persistència retiniana
- Percepció dels colors
- Rivalitat binocular
- Visió lateral
- Ens enganya la vista?: Il·lusions òptiques
- Visió binocular
- Per estudiar més
Percepció visual. Entendre el cervell amb la percepció visual.
La informació de la retina es dirigeix a l’interior del cervell. Per a que tingui lloc la percepció visual és imprescindible que la llum activi els receptors de la retina i que aquest missatge es transmeti fins arribar a les àrees corticals relacionades amb la visió.
Un cop que abandonen la retina, els nervis òptics dels dos ulls es dirigeixen al centre del cervell fins una zona que forma part del tàlem. Tota la informació passa pel tàlem abans d’arribar a la part més externa i evolucionada del cervell: l’escorça cerebral. Al tàlem es controla la informació sensorial que arribarà a l’escorça.
Però encara és més complicat, la percepció és un procés actiu que implica una creació per part del cervell, utilitzant la informació que li aporten els sentits, però no és una rèplica exacta del món real. Creem al cervell el que creiem que veiem, i per això utilitzem, no només la informació sensorial, sinó també les emocions, els records i l’experiència prèvia de les coses. Dit d’una altra manera: el cervell crea la realitat. Un exemple de les creacions del cervell són les il·lusions òptiques.
En relació a com funciona l’ull humà
L’ull és l’òrgan que detecta la llum i és la base del sentit de la vista. La seva funció consisteix bàsicament a transformar l’energia lumínica en senyals elèctrics que són enviats al cervell a través del nervi òptic. Disposa d’una lent anomenada cristal·lí que és deforma per tal d’ajustar-se a la distància del que es vol veure, també d’un diafragma que es diu pupil·la, el diàmetre del qual està regulat per l’iris, i un teixit sensible a la llum que és la retina. La seva forma és aproximadament esfèrica, fa uns 2,5 cm de diàmetre i és ple d’un gel transparent anomenat humor vitri que omple l’espai comprès entre la retina i el cristal·lí.
La llum penetra a través de la pupil·la, travessa el cristal·lí i es projecta sobre la retina, on es transforma gràcies a unes cèl·lules fotoreceptores en impulsos nerviosos que es traslladen a través del nervi òptic al cervell.
Morfologia de l’ull
Per tal de veure la morfologia d’un ull es pot fer la dissecció d’un ull de mamífer (de bou, de porc o de vedell).
Cèl·lules que suren en els ulls
S’observa usant un sol ull una superfície blanca ben il·luminada o el cel blau a través d’un forat petit fet en una cartolina negra amb una agulla de cap, col·locada davant l’ull.
(no és una foto)
El forat funciona com una font lluminosa puntual que projecta ombres ben definides del que es mou dins dels líquids de l’interior de l’ull, en particular grumolls de col·lagen que apareixen com a taques circulars o allargades, el que vulgarment anomenem “mosques”.
Es pot comprovar que en agitar el cap el moviment aleatori d’aquests objectes flotants es fa més intens.
Quan els flotadors es veuen a simple vista i contínuament constitueix un defecte òptic que s’anomena miodesòpsia.
Adaptació a la distància
Els objectes que es troben a diferents distàncies en el camp visual no es poden enfocar alhora amb nitidesa. L’ull s’ha d’acomodar a cadascuna de les distàncies modificant la curvatura del cristal·lí amb l’acció dels músculs cil·liars.
S’estira el braç amb un dit dret. Si s’enfoca el dit el fons apareix desenfocat; si s’enfoca el fons, és el dit el que apareix desenfocat. Es nota l'”esforç” que es fa amb els músculs de l’ull per produir el canvi en l’enfocament.
Profunditat de camp
Si s’observa amb un sol ull el el dit apropant-se gradualment a l’ull, a uns 20 cm es pot arribar a veure’l enfocat, però no hi ha manera de veure-ho bé a 5 cm o fins i tot a 10 cm.
La distància mínima a la qual podem enfocar, que correspon a la màxima curvatura del cristal·lí és d’uns 20 cm de jove i augmenta amb l’edat (jo amb ulleres necessito 35 cm). Si l’objecte està més a prop no podem formar una imatge definida en la retina i l’objecte es veu borrós.
Es prepara una carolina negra d’uns 5×5 cm fent-li un forat petit al centre amb l’ajut d’una agulla de cap. A continuació s’observa el dit de nou, aquesta vegada a través del forat de la cartolina col·locada davant l’ull. Es pot acostar el dit moltíssim i encara es veu d’una manera bastant nítida.
Hem vist com, sense la cartolina, en observar dos objectes a diferent distància (el dit i el fons) només s’enfoca un. En fer-ho mitjançant el forat de la cartolina els dos objectes apareixen simultàniament bastant bé enfocats. Amb l’efecte d’un petit diafragma, com el forat, es pot aconseguir una gran profunditat de camp. D’aquesta manera, els objectes que es troben en un marge de distàncies relativament grans es poden observar enfocats.
Aquest és el truc de les càmeres fotogràfiques barates o de les càmeres dels telèfons mòbils, en les què no hi ha un objectiu mòbil: amb un diafragma petit s’enfoca tot el que hi ha des de 5 cm fins a grans distàncies aconseguint més profunditat de camp.
També és el truc que es pot utilitzar quan no es veu bé i s’han perdut les ulleres. Basta llegir a través del forat de la cartolina o del forat fet cargolant un dit de la mà. També funcionen les ulleres de galeta com ens explica Tavi Casellas.
La interpretació de l’experiment passa per entendre que no hi ha manera d’enfocar perfectament dos objectes a diferent distància, simplement, es tracta d’aconseguir que es vegin amb suficient nitidesa, encara que estiguin una mica desenfocats els dos.
L’ull inverteix les imatges
Donada l’estructura de l’ull, semblant a una càmera fosca amb una lent (cristal·lí) en l’obertura (pupil·la), les imatges es formen invertides al fons de l’ull (retina).
Es pot construir una càmera fosca que faría de globus ocular amb una lent d’una lupa que simuli el cristal·lí, d’uns 12 – 15 cm de distància focal. Es necessita una cartolina negra que s’ha de retallar i pegar com indiquen les instruccions. S’han de fer dues caixetes, una amb un forat gros en un extrem i oberta per l’altre, i una altra oberta per tots dos cantons. A aquesta última s’ha d’enganxar un full de paper vegetal (translúcid) en una banda, que després farà de pantalla i simularà la retina. A continuació s’introdueix una caixa dins l’altra, es posa una lupa en el forat i es mira dins la cambra mentre es mou una caixeta respecte a l’altra fins aconseguir una imatge nítida en la pantalla de paper.
La imatge es veu invertida. De la mateixa manera es projecten les imatges en la retina, encara que després el cervell les hi dona el tomb i les perceben dretes.
Sorpresa invertida
S’observa una superfície ben il·luminada (o el cel blau), mitjançant un sol ull, a través d’un forat fet amb una agulla de cap en una cartolina negra, que s’ha de col·locar a uns 10 cm de l’ull.
Just davant de l’ull (precaució!) es manté la mateixa agulla amb el cap amunt (si es porten ulleres, el cap de l’agulla pot tocar a les ulleres) i es mou de manera que quedi alineada entre l’ull i el forat.
Sorprenentment, el cap de l’agulla, vista amb el forat al fons, s’observa invertida i penja com un bolet cap per avall, com es veu en la foto de la dreta.
Resulta que el que es veu és l’ombra de l’agulla projectada a la retina. Com és absència de llum no es produeix l’inversió de la figura al cristal·lí.
Reacció conjunta de les pupil·les als canvis d’intensitat de la llum
S’observa una pantalla ben il·luminada (o el cel blau) a través del forat fet amb una agulla de cap en una cartolina negra col·locada davant de l’ull, a 1 cm, aproximadament. Els dos ulls han d’estar oberts.
Amb la mà lliure, es tapa l’ull que no té la cartolina, i s’espera uns 5 segons, es destapa i es tapa de nou, a intervals de 5 segons. El camp visual darrere del forat s’encongeix en destapar i s’eixampla en tapar, com si el forat canviés de mida, de manera que en destapar l’ull el forat es fa més petit perquè les pupil·les s’encongeixen.
Les dues pupil·les funcionen sincronitzades: en tapar un ull entra menys llum i les dues pupil·les es dilaten alhora, de manera que el forat es veu més gran, al destapar, passa el contrari.
L’efecte es veu millor si en lloc de la cartolina s’utilitza un tub de cartró (dels de paper de wàter, per exemple) amb un extrem tapat amb paper d’alumini al que s’ha fet un foradet amb una agulla de cap, ja que el pots pegar a l’ull i no li entrarà llum més que pel forat.
Una il·lusió òptica autocinètica relacionada amb la dilatació i contracció de les pupil·les és la que es mostra en el “forat en expansió” a continuació, que es dona sobre tot quan el color dels punts i de l’ombra és negre, segons expliquen investigadors d’Oslo i Osaka en Frontiers in Human Neuroscience.
Agudesa visual
Amb un retolador negre es fan dues ratlles paral·leles en full de paper, separades un parell de mm. S’ha de mesurar el més acuradament possible la distància entre les línies.
S’enganxa el full verticalment a una paret i la persona s’ha d’allunyar fins a trobar la distancia on les dues ratlles es confonen i semblen una sola línia. Movent-se una mica endavant i endarrere es defineix el millor possible la posició on no es poden resoldre les dues línies. Un altre company fa la mesura de la distancia des d’aquesta posició fins al full de paper.
Es suposa que les dues línies es poden diferenciar si les seves imatges es formen en sensors (cons) diferents de la fòvea (la petita àrea més sensible de la retina). Utilitzant la proporcionalitat corresponent als triangles semblants i, utilitzant la distancia entre les línies sobre el paper, la distancia màxima a la qual veus les dues línies separades i la distancia des de les lents que formen la imatge fins a la retina (aproximadament el diàmetre de l’ull, que es pot suposar de 2.5 cm), es calcula la distancia aproximada entre tres cons a la fòvea (cal un per notar el canvi entre blanc i negre).
Si d és la distància entre el full de paper penjat a la paret i l’ull de la persona estudiada, f la longitud focal aproximada de l’ull (uns 2,5 cm), x l’amplada entre barres i y la distància entre les imatges d’aquests dos punts a la retina, es pot calcular aquest últim valor per una proporció simple. Ha de sortir al voltant de 5 µm.
y = x·f/d
Es dibuixen dues línies més en una altre full de paper, separades el doble de distància que les anteriors i es repeteix l’experiment. El resultat hauria de ser coherent amb l’obtingut amb el primer full.
En la pàgina web de Science in School es troba l’article Agudeza visual: ¿con qué nitidez podemos ver realmente? on proposen amb més detall aquest experiment per mesurar-la. Igualment s’han de dibuixar una sèrie de franges separades a diferents distàncies per penjar-les a una paret per després mirar-les des de 6 o 7 metres i trobar la separació mínima que som capaços de distingir.
Més explicacions ens aporta el metge Rubén Pascual, autor del seu ProyectoOcularis, que ha escrit al voltant de l’agudesa visual en les entrades Quants megapixels te el nostre ull? (primera part, segona part i tercera part).
Les lents de les ulleres de vista cansada
No entraré en els defectes clàssics de la visió, com són la hipermetropia i la presbícia, que s’estudien habitualment en l’òptica de l’educació primària i secundària. Només explicar una manera fàcil d’esbrinar les diòptries d’unes ulleres de vista cansada que no tenen marcada la graduació.
Les lents de les ulleres de vista cansada són lents convergents que amplifiquen les imatges, per exemple les lletres del diari que estem llegint. Tenen una distància focal que no és sinó l’invers de les seves diòptries. Així les lents d’unes ulleres de 2 diòptries tenen una distància focal de 0,5 metres.
Si s’agafa la lent i es fica davant un focus de llum (el Sol o una bombeta) concentrarà els raigs de llum. S’ha d’apropar i allunyar la lent a una superfície fins trobar el punt en el que el feix de llum que li arriba es fa el més petit possible. En aquest moment es mesura la distància entre la lent i la superfície i ja tenim la distància focal. Les diòptries seran l’invers d’aquesta quantitat.
Aquestes lents es poden fer servir per ficar-les davant una càmera fosca de grans dimensions, per exemple. Els pares dels estudiants segur que tenen unes quantes en desús
Distribució dels sensors de llum a la retina
Agafeu un llibre i observeu una lletra d’una paraula de manera que els ulls no vagin saltant d’una lletra a una altra sinó que observin només aquesta lletra. Sense moure els ulls (mirant la lletra escollida) comproveu quines són les lletres que hi ha a continuació o abans de la lletra que observes
Alternativament es pot projectar o escriure a la pissarra una seqüència de lletres a l’atzar, com ara ASDFGHJKLÑÇ . S’ha d’observar la lletra subratllada a la meitat de la paraula i, com abans, sense deixar de mirar fixament aquesta lletra, s’ha de comprovar quines son les lletres anteriors o posteriors.
Comprovareu que sense moure els ulls només es defineixen clarament les lletres més properes a la que s’està mirant, les que estan més allunyades no es veuen bé sinó es mouen els ulls per observar-les. Per què no es veuen bé?. Estan desenfocades o hi ha poca resolució al lloc on es forma la imatge d’aquestes lletres?.
La distribució de cons (els sensors de llum que emprem en condicions d’il·luminació normal) a la retina no és uniforme. N’hi ha una gran concentració a una petita zona anomenada fòvea (la fòvea no ocupa tota la retina) i la concentració d’aquests sensors baixa en allunyar-se de la fòvea.
Ara podem imaginar-nos el sensor d’una càmera digital que tingués uns punts sensibles distribuïts d’una forma similar a com estan els cons a la retina, ¿com seria la imatge que subministraria aquesta càmera?.
Nervi òptic i punt cec
Edme Mariotte va ser el primer en adonar-se en disseccionar l’ull que per on sortia el nervi òptic no hi havia visió i a aquesta zona la va denominar punt cec (Sembla que ho explica en aquesta obra, Nouvelle découverte touchant la vue, 1668, que no he aconseguit trobar). Nosaltres no som conscients de l’existència d’aquest punt cec ja que el cervell s’encarrega d’eliminar-lo reconstruint virtualment aquesta zona amb el que veu al voltant.
La sortida del nervi òptic es troba situada prop del nas, a cada ull. Com ja sabem la retina inverteix posicions, així el punt cec el “reconeixem” en l’experiment següent a la banda contrària de on realment es troba.
Dibuixem una creu i un cercle en un paper separats uns 10 cm en horitzontal. Tapem un ull i amb l’altre mirem el dibuixet contrari a l’ull tapat. Apropem el paper a la cara i ho allunyem a poc a poc, o al revés. Arriba un moment en què l’objecte que no estem mirant desapareix.
També es pot fer amb dues monedes desplaçant una d’elles fins que no es vegi. Es posen sobre la taula dues monedes iguals, la una al costat de l’altra, i es tapa l’ull dret amb la mà. Mirant amb l’ull esquerre la moneda de la dreta i sense deixar de mirar la moneda de la dreta s’aparta lentament l’altra moneda movent-la cap a l’esquerra. Arriba un moment en el que no es veu la moneda que s’està movent. Quan s’hagi trobat aquesta zona, es mou una mica la moneda cap a la dreta, esquerra, amunt i avall per delimitar clarament la seva posició.
A partir de la distància de l’ull a la taula o a la cartolina i de la distància entre les monedes o la creu i el punt es pot fer una estimació de l’angle de visió que correspon a la zona on la moneda desapareix.
Es pot repetir l’experiment amb l’altre ull; també s’observa el fenomen?. I amb els dos ulls oberts també s’observa el fenomen?. Quan la moneda “desapareix”, que s’hi veu al seu lloc? Com interpretar el que es veu a la zona on hi ha la moneda o la creu “invisible”?.
Fins i tot, també podem fer l’experiment amb els nostres cossos. Dues persones es col·loquen una al costat de l’altra i una altra persona es posa al davant tapant-se un ull i mirant a la persona que queda davant del seu ull tapat. La persona a la que no mira es desplaça lateralment i en un moment determinat pot arribar a desaparèixer. Si ara agita els braços, ¡es veuen! (veure visió lateral més endavant).
ULL!, Cal anar amb compte amb els làsers! Poden generar punts cecs! Encara que al principi ens adonaríem d’un punt cec, aviat seria eliminat pel cervell, que és molt llest 😉
El pèndol de Pulfrich
El fet que els filtres de color no deixin passar tota la llum és responsable de l’efecte Pulfrich. L’efecte es produeix en observar el moviment oscil·latori d’un pèndul posat davant l’observador, si s’ha ficat un filtre gris o acolorit sobre un (només un) dels ulls.
Aquest efecte deu el seu nom a Carl Pulfrich que el descobrí al 1922. Era dissenyador d’aparells estereoscòpics i, paradògicament, cec d’un ull, amb el que mai va poder veure l’efecte que porta el seu nom.
Es porta a terme l’experiència, primer mirant com es mou un pèndol amb els ulls nus i després ficant-se un filtre fosc davant un ull. Amb el filtre es veu com el pèndol gira, malgrat que realment oscil·la en un pla.
Si el filtre de color (ulleres de sol, bocins de plàstic) no deixa passar tota la llum hi arribarà menys a les cèl·lules sensibles del fons de l’ull. Resulta que la informació que arriba més fosca a un dels ulls és tractada més lentament pel sistema visual, de manera que el cervell percep alhora dues imatges que no corresponen al mateix moment: en una imatge la bola del pèndol està més avançada que a l’altra.
Si els dos ulls reben la mateixa llum li arriben al cervell dues imatges de la mateixa realitat, però si un ull està més il·luminat que l’altre es produeix un desfàs en el temps i el cervell veu alhora dues imatges desfasades en el temps.
Basant-se en aquest efecte es va fer la primera proposta de visió en 3D a través de la televisió a l’emetre un programa en el que havia una filmació d’objectes en moviment en primer pla. Els espectadors havien de ficar-se un filtre fosc en un ull. Si es mira com al pèndol (amb un ull amb filtre) una pel·lícula en la que la càmera es vagi movent tindrem la sensació d’efecte 3D. Podem observar el fenomen en el vídeo següent amb uns cavallets girant .
Mai s’ha de conduir, doncs, amb unes ulleres de sol a les que els hi falti un vidre ja que no veuríem els cotxes a la distància a la que realment es troben. Per altra banda sembla que molta gent (jo no) que té presbícia (jo sí) utilitza per a conduir gafes amb dos vidres diferents, un per mirar de lluny en un ull i un altre per veure de prop a l’altre ull. En aquest cas es produeix un fenomen al revés que anomenen efecte Pulfrich invers, com l’explica Tanya Lewis a Investigación y Ciencia (octubre 2019).
Imatges en moviment. El mite de la persistència retiniana
Per tal d’explicar perquè quan veiem una pel·lícula al cinema ens sembla que els objectes i les persones es mouen igual que quan veiem la vida real, tradicionalment s’ha utilitzat el concepte de persistència retiniana, que indica que quan un fotograma desapareix les cèl·lules de la retina continuen sensibilitzades durant uns mil·lisegons i l’ull continua transmeten senyals al cervell durant alguns instants, omplint l’interval entre un fotograma i un altre, que d’aquesta manera es poden superposar i donar sensació de continuïtat.
Això podria explicar en tot cas la superposició dels colors que veurem més endavant en els disc de Newton i altres discos, o la superposició d’imatges que es produeix en el taumàtrop, però de cap manera el moviment aparent del cavall del fenaquitoscopi o de la peli de l’oest. Si aquest fora el mecanisme de la percepció de moviment el que obtindríem és una superposició dels fotogrames i una imatge com a mínim borrosa i sense moviment.
Malgrat això, resulta que en qualsevol explicació divulgativa respecte a perquè veiem moviment en les joguines de precinema (fenaquistoscopi, zootrop, etc) o en el propi cinema apareix la retenció de les imatges en la retina com a explicació fonamental i persistent, com podeu comprovar si accediu als enllaços, o a aquesta entrada que vaig fer jo mateix sobre estroboscopis i fenaquistoscopis.
El mecanisme pel qual el cervell és capaç d’adonar-se del moviment a partir de la informació que li arriba de l’ull és força complicada d’explicar i encara els investigadors “estan en ello”. Sembla que el cervell utilitza canvis de posició d’objectes que identifica com iguals, però no imatges com una càmera fotogràfica, que s’ha de mirar directament l’objecte per reconèixer el que és, que aquets mecanismes li serveixen també al cervell per veure el moviment en la vida real, que té en compte el moviment dels ulls, etc. Us podeu entretenir amb La visión del movimiento (I) i (II) (2004) dels professors M.D. de Fez y P. Capilla de la universitat d’Alacant
Taumàtrop
El taumàtrop és una joguina que consta d’un disc dibuixat per totes dues cares, amb dues parts complementàries d’una mateixa escena, al qual es lliguen dos fils de manera que en fer-lo girar ràpidament se superposen les imatges de cadascuna de les cares i es veu una única imatge. Per exemple, en una cara es pot dibuixar una gerra i a l’altra un ram de flors, i en fer anar la joguina es veu el ram dins la gerra.
Fenaquistoscopi
El fenaquistoscopi és un estroboscopi que consisteix en un disc giratori amb una sèrie d’escletxes o ranures equidistants i una sèrie de dibuixos que descomponen les fases d’un moviment a una de les seves cares. L’espectador es posa davant d’un mirall i col·loca les imatges de cara al mirall de manera que en fer girar el disc i mirar a través d’una ranura s’obté la il·lusió de les imatges en moviment. La separació entre les escletxes fa el paper d’obturador de manera que les diferents imatges que veu l’ull el cervell les interpreta com a moviment quan el cartró gira a una velocitat adequada.
En un dels Science snacks de l’Exploratoriun de San Francisco expliquen molt bé com fer un fenaquistoscopi d’un cavall que corre.
La vareta màgica i el fantasma
L’experiència consisteix en fer aparèixer a l’aire una imatge projectada (un dibuix d’un fantasma, per exemple) gràcies al moviment d’una vareta davant la llum del projector de diapositives. Primer s’enfoca la imatge a poca distància sobre un paper blanc que es retira, i després s’agita verticalment una vareta en el mateix lloc en el que estava el paper, de manera que es veu perfectament la imatge projectada. Una explicació més detallada la teniu a l’experiment 54. Proyección de una imagen en el aire, del llibre Oir y ver de Alejandro del Mazo, Santiago Velasco i Rafael García Molina.
L’experiment del goril·la invisible, un clàssic sobre la percepció
Per fer l’experiment primer s’han de llegir les instruccions i després només s’ha de veure el vídeo de sota.
Instruccions: Només cal comptar la quantitat de passades que l’equip de camisa blanca es fa entre si. S’ha de romandre ben atent i tenir en compte tant les passades aèries com les passades que es donen per rebot.
Heu vist el goril·la?. Si no l’heu vist esteu dins la majoria de la gent. Ara torneu a mira el vídeo tranquil·lament i comproveu si hi ha o no un goril·la.
Aquest experiment del goril·la, que va ser realitzat pels professors Daniel Simons i Christopher Chabris el 1999 a la Universitat de Harvard, ens l’explica amb prou detall el neurobiòleg de la universitat de Salamanca, José Ramón Alonso.
Percepció dels colors
La percepció del color fa referència a com el cervell humà és capaç de distingir i captar tota la gamma de colors de la natura, a partir dels estímuls sobre les cèl·lules de la visió. El que veiem tots els colors de la natura no vol dir que els veiem com són a la natura. Els nostres ulls tenen una sèrie de cèl·lules anomenades cons que són sensibles a tres zones determinades de l’espectre visible, tal i com mostra la gràfica de sota. Els estímuls generats en els diversos cons arriben al cervell, que els interpreta com a colors determinats.
Si només arriba a l’ull una llum d’una freqüència determinada (540 nm, per exemple), el cervell ho te fàcil per endevinar-la (verd). Però lo normal és que arribi a l’ull tota una barreja de colors, com quan mirem un paisatge. El color és una experiència purament subjectiva que depèn de la llum que els objectes reflecteixen, de la que reflecteixen els de la vora i de les propietats del sistema visual del que mira. De tots els aspectes a estudiar d’aquesta complexitat que és entendre con veiem els colors me centraré en el cas de tenir colors a la vora uns d’altres.
El químic francès Michel Eugène Chevreul quan va ser director d’una fàbrica de tapissos rebia protestes dels seus clients de que el negre dels dibuixos no era negre, negre. Per exemple, el negre es veia verdós si estava sobre un fons porpra i groguenc si estava sobre fons blau. Resultava que el negre agafava part del color complementari al del color de la vora. Va ser el primer en adonar-se del que va anomenar contrast simultani dels colors .
Ficaré tres exemples que quasi bé es poden dir il·lusions òptiques. El primer fa referència a quin és el color de la Lluna: perquè normalment veiem la Lluna de color blanc si és de color gris fosc?. Doncs perquè està fortament il·luminada sobre un fons negre.
La segona és la il·lusió òptica del Tauler d’Adelson en la que veiem en funció del context dos quadrets de diferent color quan tenen el mateix. Aquí bàsicament ens enganya el fet que els objectes a l’ombra sempre els veiem més foscos del que són (Explicació en la web del MIT). Els quadradets A i B tenen el mateix color, i per veure-ho no hi ha més que retallar en una cartolina els forats corresponents als dos quadradets i superposar-la sobre el dibuix.
La tercera és una variant de la il·lusió de Munker, que a la seva vegada és una variant de la il·lusió de White. En observar la il·lusió òptica, de quin color diríeu que són els cercles que hi apareixen? Resulta que tots són del mateix color (RGB 250, 219, 172).
Aquesta imatge concreta la va dissenyar el Dr. David Novick, professor de la Universitat de Texas, i el que fa veure els cercles de colors diferents és la diferent combinació de cadascú amb les línies de colors. Si es treuen les línies tots son iguals.
De nit, tots els gats són negres
Amb les persianes totalment abaixades s’apaga la llum i s’intenta reconèixer els colors del jersei del company de la vora. Primer, ens costa adaptar-nos a la foscor i segon, no és fàcil distingir els colors. Això és deu al fet que amb poca llum treballen els bastons de l’ull que augmenten el temps de resposta (triguem a adaptar-se) i treballen en grups per augmentar la sensibilitat, tot perdent agudesa visual.
Els dos tipus de cèl·lules sensibles a la llum que formen la retina humana són els cons i els bastons. Cada ull té aproximadament 100×106 bastons i 1×106 cons. El nervi òptic recull la informació que li envien aquestes cèl·lules. Cèl·lules que tenen diferent velocitat de resposta.
Els cons funcionen amb una intensitat de llum gran, són ràpids i sensibles al color. Els bastons són unes cent vegades més nombrosos que els cons, funcionen amb una intensitat de llum molt petita, no detecten el color i són molt més lents.
El sistema format pels bastons (poca llum) es basa en l’estratègia d’augmentar el temps d’exposició i utilitzar grups de bastons. D’altra banda, l’adaptació a la foscor, és a dir, al canvi de cons a bastons com sensors, no és immediata, sinó progressiva, en poc temps es poden veure formes, però no colors.
Disc de Newton i altres discos de colors
El disc de Newton és un dispositiu consistent en un cercle amb sectors pintats de diferents colors. En girar ràpidament, el nostre cervell combina els colors i percebem un imperfecte color blanc. Amb aquest dispositiu es mostra que la llum blanca està formada pels colors de l’arc de Sant Martí.
El blanc correspon a la percepció visual de la suma d’un conjunt de llums amb cromaticitats diferents, bé les que estan dibuixades al disc, o bé de forma més bàsica les llums de color vermell, verd i blau, com en el cas de les pantalles de televisió, que són detectades per les cèl·lules de la retina anomenades cons, que responen bàsicament a aquestes zones de l’espectre. La detecció dels tres tipus de llums alhora al mateix punt de l’espai equival a la suma dels tres colors i és percebut pel nostre sistema visual com a blanc.
Quan el disc està immòbil, el nostre sistema visual percep cada punt d’un color diferent. Quan el disc gira, en un punt fix en el pla del disc on es fixa el nostre sistema visual, passen sectors del disc amb els diferents colors. El cervell superposa els colors quan la velocitat de canvi és prou elevada ja que no dona temps al sistema visual a discriminar els canvis de color deguts als girs.
Discos amb altres combinacions de colors donen lloc a percepció de colors diferents. Podeu provar amb les que ens proporciona la pàgina web Projec LITE dedicada a la divulgació del coneixement de la llum a través d’experiments o amb altres variacions que se us acudeixi com la de sota que vaig dibuixar després de veure-la fa anys al Museo de la Ciencia de Tenerife ja que fa un efecte molt xulo.
També es pot mostrar la percepció de la persistència del color amb turbines de cartolina, com proposa Adolf Cortel, o amb un taumàtrop.
Els materials necessaris són una rodona (uns 5 cm de diàmetre) feta amb un tros de cartró negre i adhesius pintats de diversos colors o trossos de paper de colors. També uns cordills per fer rodar ràpid el taumàtrop
Si els colors estan enganxats a banda i banda una mica desplaçats es superposaran només en una petita banda que contrastarà més amb els dos colors originals.
Disc de Benham
El disc de Benham va més enllà i és capaç de fer colors a partir del blanc i el negre. El disc està fet només amb els colors blanc i negre. La figura està formada per un semicercle negre i un semicercle blanc on hi ha arcs de circumferències negres convenientment intercalats que en girar a gran velocitat produeix una il·lusió òptica anomenada Efecte de color de Fechner, pel qual s’arriben a veure arcs de colors pàl·lids parpellejant a diferents parts del disc.
.gif)
Gustav Fechner va estudiar el 1838 la misteriosa il·lusió perceptiva del que es diu en el seu honor Efecte de color de Fechner, pel qual es perceben colors en un patró en blanc i negre en moviment. Va ser més tard, al 1894, quan el periodista i científic aficionat britànic Charles Benham va difondre aquest efecte entre el públic a través de la invenció de la baldufa que ara denominem disc de Benham.
Jo vaig descobrir aquest efecte, igual que el de Pulfrich, en el llibre de Barr, que explicava com fabricar un amb el dibuix de sota.
Vosaltres podeu descarregar-vos qualsevol dels que proposa Project LITE, imprimir-los en un paper i pegar-los en una cartolina o un CD per després fer-los girar.
Saturació dels sensors de color
Si els cons de l’ull es saturen d’un color, en mirar una paret blanca es veu aproximadament el color complementari. Aquestes dues imatges es diuen consecutives o post-imatges. L’exposició prolongada a un estímul intens provoca una disminució temporal i selectiva de la sensibilitat visual a l’estímul.
Amplieu la imatge de sota del punt vermell sobre fons negre i mireu fixament el color duran mig minut. Si a continuació mireu un full en blanc veureu un cercle d’un color blavós. A Exploratorium el fan amb la figura d’un ocellet.
Rivalitat binocular
Aquest és un experiment clàssic per posar de manifest l’existència de la rivalitat binocular i les curioses conseqüències perceptives que pot comportar. Enrotlleu un foli fins a formar un tub per a mirar per ell com si es tractés d’un telescopi. Amb els dos ulls oberts poseu el tub de paper davant d’un ull i mireu a la llunyania a través d’ell com fa el nen de la figura. És important que tots dos ulls estiguin oberts i mirant de manera relaxada cap endavant. En aquesta situació podeu desplegar la mà que agafa el tub o obrir l’altra mà i apropar-la fins a tocar la vora del tub amb el cant de la mà. De sobte a la mà apareixerà un forat.
La imatge que rep l’ull del tub domina sobre la que envia al cervell l’altre ull. Si s’està prou relaxat, amb el temps potser el forat tendeix a omplir-se (o disminueixi una mica) amb una percepció borrosa del palmell, però en aquest experiment la rivalitat sempre la guanya l’ull del tub perquè veu un estímul nítid a diferència de l’atre que veu una mà desenfocada a l’estar tant a prop de l’ull.
Visió lateral
En el vídeo de sota, Amazing Cheshire Cat Optical Illusion, Hendrik Ball de Grand Illusions ens recorda que la il·lusió del gat de Cheshire és una il·lusió òptica inventada per la professora Sally Duensing fa uns 40 anys (1978) i que la va recollir en els snacks del Exploratorium de San Francisco. És una il·lusió molt curiosa que es fa amb un mirall petit.
El mirall es col·loca girat uns 45º amb una cantonada tocant el nas de manera que, per exemple, l’ull esquerre estigui mirant directament un objecte (la cara d’una persona o la seva fotografia és perfecte). L’ull dret, en estar el mirall girat, està mirant cap a la dreta, preferentment una paret buida amb un color neutre. Si s’aixeca la mà dreta fins a l’alçada del mirall es veu que la mà es va esvaint i que la cara del davant es torna a veure nítidament. Però què passa quan es mou la mà dreta movent els dits?: en aquest moment la que es difumina és la cara i es veu nítidament la mà.
Pel cervell el moviment és molt important. Se suposa que fa milers d’anys moltes coses de les que es movien eren quelcom que un es podia menjar, o que et podia menjar. Així que en la nostra evolució el moviment va passar a ser una cosa prioritària, i potser aquesta senzilla experiència ho mostra.
De tota manera quan la cara de la persona s’esvaeix passa que els ulls i la boca romanen més. Per això diu Hendrik Ball que Sally Duensing la va anomenar la il·lusió del gat de Cheshire. L’explicació és que els ulls i la boca són la millor manera de detectar l’estat d’ànim d’una persona i per això el cervell es fixa en ells de forma automàtica. És a dir, en aquesta il·lusió competeixen al cervell el moviment i fixar-se a la cara d’algú.
També es diu el gat de Cheshire d’una altra il·lusió òptica deguda a l’efecte Troxler de Ignaz Paul Vital Troxler.
S’ha de centrar la mirada a la creu negra sense forçar la vista. Poc a poc la cara comença a esvair-se mantenint-se el somriure del gat que al final pot arribar també a desaparèixer, deixant només la creu negra central.
El fenomen es deu a aquest efecte Troxler que fa que la fixació de la mirada en algun element del camp visual pot fer que les imatges circumdants desapareguin davant dels nostres ulls, especialment si hi ha un contrast baix, per la qual cosa primer es deixa de veure la cara i, si és cas, al final el somriure ja que és més contrastat. Això és degut a que les nostres neurones necessiten un estímul constant per no ignorar el que hi ha al voltant i en fixar la vista es produeix la difuminació.
Ens enganya la vista?: Il·lusions òptiques
Una il·lusió òptica, com el seu nom indica, és una cosa que sembla però que no és. Una il·lusió òptica és una imatge que enganya el sistema visual, des de l’ull al cervell, i el porta a percebre la realitat de manera distorsionada. Si voleu aprofundir en els mecanismes de les il·lusions podeu mirar-vos l’article The Nature of Illusions: A New Synthesis Based on Verifiability de Christopher W Tyler que fa un repàs dels enfocaments actuals de la seva comprensió.
Són moltes les estratègies que utilitzen les il·lusions òptiques per enganyar al cervell i en la pàgina 149 Illusions & Visual Phenomena with explanations de Michael Bach teniu una relació exhaustiva d’aquestes, així com gran quantitat d’informació al respecte. Sinó, no hi ha més que buscar per internet i són milers les pàgines amb il·lusions òptiques. Jo, però, us proposo les que més m’agraden, per exemple la del Tauler d’escacs d’Adelson que hem vist al parlar de la percepció del color, o la mitja dotzena següent:
L’Anell de Koffka
En la línia del tauler d’escacs d’Adelson està la del psicòleg americà d’origen alemany Kurt Koffka (1886-1941) que va ser un dels fundadors de la psicologia de l’estructura o de la Gestalt juntament amb Max Wertheimer i Wolfgang Köhler.
La il·lusió de Koffka és un anell gris que se superposa al centre d’un rectangle amb la meitat d’un color gris i l’altra meitat d’un altre (tots dos diferents de l’anell), de manera que l’anell sembla d’un color homogeni. Tot i això, si l’anell es divideix lleument les dues meitats de l’anell semblen tenir diferent tonalitat de gris. Posteriorment investigadors del MIT van proposar una opció addicional consistent en el desplaçament vertical d’una meitat de l’anell respecte a l’altra (mireu les imatges de sota).
El principi de la Gestalt de la continuïtat de la percepció visual pot explicar aquest efecte. Més fonaments trobareu a Lightness Perception and Lightness Illusions del professor Adelson (el del tauler d’Adelson).
Il·lusió de la quadrícula
La il·lusió de la quadrícula és una de les més conegudes. Hi ha dues de semblants: la il·lusió de la quadrícula de Hermann i la il·lusió de la quadrícula centellejant, La diferència fonamental és que en la segona hi ha pintats cercles blancs en les interseccions de la quadrícula. Sembla que es deu a un procés anomenat inhibició lateral. En aquest procés una cèl·lula inhibeix una altra adjacent.
Il·lusió de Pinna-Brelstaff
La Il·lusió de Pinna-Brelstaff, s’anomena així pel nom dels autors que l’expliquen a l’article A new visual illusion of relative motion. S’ha de fixar la vista al punt central i moure el cap endavant i enrere. Es nota que el patró circular gira una mica en les dues direccions.
Il·lusió de la paret de la cafeteria
Aquesta il·lusió òptica és diu la il·lusió de la paret de la cafeteria perquè sembla ser que Richard L Gregory i Priscilla Heard la van veure per primera vegada en una cafeteria de Bristol (Border locking and the Café Wall illusion). La imatge enganya el nostre cervell fent-li pensar que les línies estan inclinades, quan en realitat ens trobem davant de línies rectes paral·leles. Ens fa la impressió que són línies irregulars degut als colors utilitzats (blanc, negre i línies grises) i a les polaritats de contrast.
Il·lusió de l’animal amagat
En un primer cop d’ull aquesta imatge sembla només una successió de línies rectes, però si es sacseja el cap es pot veure un animal. Es veu més fàcilment en allunyar-se de la imatge o observar-la en miniatura. La imatge va ser publicada en twitter per l’enginyera en nanotecnologia Michelle Dickinson.
És un tipus d’emmascarament visual. L’efecte es construeix posant una imatge de contrast reduït (gat) i afegint una quadrícula d’alt contrast (línies). Sacsejar el cap o la imatge ajuda ja que provoca el moviment de les línies blanques (brillants) i negres (fosques), reduint eficaçment el seu contrast. Per a la imatge oculta el desenfocament de moviment té menys efecte perquè les seves estructures són més amples.
Il·lusió d’Ebbinghaus
Acabo els exemples amb la il·lusió d’Ebbinghaus. Hi ha dos discos de color taronja envoltats pe discos més grans o més petits de color blavós. Es veu més gran el cercle envoltat de rodones petites quan tots dos són de la mateixa grandària. L’explicació del fenomen no és senzilla, però no creieu que les comparacions són odioses?.
Visió binocular
Fa anys ja vaig publicar en aquest mateix bloc un monogràfic amb experiències sobre la visió binocular i monocular, al que em remeto, titulat Visió tridimensional (3D) en el que es contemplen els següents aspectes:
- La visió tridimensional (3D) d’imatges planes
- Fonaments de la visió tridimensional
- Paral·laxi.
- Parells estereoscòpics i estereoscòpia
- Visors estereoscòpics
- Anàglifs
- Ulleres per visualitzar anàglifs i fantogrames
- Obtenció de les fotografies, diapositives o dibuixos estereoscòpics
- Obtenció de fotografies estereoscòpiques
- Realització de dibuixos estereoscòpics
- Obtenció de parells estereoscòpics de models moleculars
- Com obtenir anàglifs a partir de parells estereoscòpics
- Autoestereogrames (Magic-Eye)
- Visió tridimensional amb ull nu
- Visió tridimensional amb un sol ull
Per estudiar més
Si voleu una mica de teoria al respecte de la percepció us recomano aquests llibres de divulgació dels que ja he parlat alguna vegada:
Unidad didàctica. Viaje al Universo neuronal (2007), editada per la Fecyt i escrita per un conjunt de professors i investigadors espanyols coordinats per Mara Dierssen, investigadora en el Centre de Regulació Genòmica de Barcelona. Aquest llibre es pot descarregar lliurement de la web de la Fecyt.
Los colores de la Luna (2008), de Paola Bressan, professora de la Universitat de Pàdua. El llibre està exhaurit, només es pot aconseguir de segona mà. Els que no us importi que estigui en italià el podeu comprar per 10 €.
També el llibre Percepción visual (2014) dels professors de la UOC Jordi Alberich, David Gómez Fontanills i Alba Ferrer Franquesa dins el curs de Disseny Gràfic. El podeu consultar online en web . Consta dels capítols:
- 1. Teorías de la visión
- 2. Fisiología y percepción visual
- 3. Psicología de la percepción
- 4. Percepción de la forma
- 5. Percepción y composición visual
- 6. Percepción del color
- 7. Percepción del movimiento
Quan a llibres i publicacions amb experiències i experiments sobre percepció visual us proposo els següents:
Aplicaciones de la ciencia de G. Barr, publicat per l’Editorial Kapelusz al 1971 a Buenos aires, és un llibret estupendo que fa 50 anys ja explicava alguna de les experiències que he inclòs en aquesta entrada, com: l’estroboscopi, el color dels objectes, el disc de Benham, el disc amb una espiral, el pèndol de Pulfrich, el problema de l’equilibri amb els ulls tancats, o com veure els vasos sanguinis de l’interior de l’ull. Avui no es pot aconseguir més que de vell.
L’article d’Alambique: Didáctica de las ciencias experimentales. nº 39 (2004), pag. 93-98, La física de la visión. Experiencias de percepción visual, d’Adolf Cortel que va incloure les experiències:
- Mosques del globus ocular
- Adaptació del globus ocular a l’enfocament de diferents distàncies
- L’ull forma imatges invertides. L’ombra d’una agulla de cap a través d’un forat petit
- Reacció conjunta de les pupiles als canvis de llum
- Profunditat de camp i visió a través d’un forat
Oir y ver. 61 experimentos de acústica y óptica (2016) d’Alejandro del Mazo, Santiago Velasco y Rafael García, a l’Edit.um de la Universitat de Murcia. Es pot descarregar lliurement de la pàgina web de la fundació Séneca-Agencia de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia.
En aquest llibre es presenten experiències relacionades amb els sentits de la vista i l’oïda, la llum i el so. Dels 61 experiments que descriu els últims 33 són sobre la llum i les percepcions visuals. Moltes de les experiències d’aquesta entrada ja estaven en aquesta publicació.
Descubriendo la luz. Experimentos divertidos de óptica (2021), de Viñas, M. i col·laboradors. Editat en col·laboració pel CSIC, SPIE i OSA.
És un llibre magnífic que combina la fonamentació teòrica amb un munt de propostes experimentals al final de cada capítol. Entre altres molts aspectes tracta sobre l’ull humà ien aquest capítol inclou alguns experiments de percepció visual.
El llibre està publicat en paper en castellà i també traduït a l’anglès i posat a disposició de tothom lliurement en format PDF.
En vídeo us recomano els Brain Games de National Geografic que els podeu veure en Youtube, alguns dels quals fan referència a la percepció visual, como el de sota.
Experimentació lliure 
moltes gracies. Es molt interessant i molt util per a le classes
Rosa Margarit