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martes, 21 de diciembre de 2010

VI.- Visión del Color

En este capítulo vamos a tratar la percepción de los colores, un elemento básico para entender la visión en los seres humanos. Se han descrito diferentes teorías y se han propuesto diversas explicaciones de cómo utilizamos la percepción de los colores en el sistema visual y, pese a que hemos aprendido muchas cosas, todavía quedan otras muchas por descifrar. Aquí veremos los mecanismos perceptivos del color y hablaremos de los aspectos psicofísicos de la visión de los colores, un tema que no suele tocarse demasiado en los tratados de percepción visual.

LA PERCEPCIÓN DEL COLOR.

El color es un elemento fundamental para la vida, además de embellecer y tener una función estética, desempeña una importante función señalizadora. El color facilita la organización perceptiva, especialmente la capacidad de diferenciar objetos en el entorno.

Los objetos se ven con un cierto color en función de cómo se refleja la luz que incide sobre ellos, considerando que la propia luz está compuesta por distintas longitudes de onda que corresponden a colores específicos. En base a este doble concepto, el color que vemos correspondiente a un objeto, es su reflectancia, es decir, lo que podríamos describir en una gráfica donde se represente el porcentaje de luz reflejada en función de la longitud de onda. Si la longitud de onda reflejada ocupa una posición en el espectro cercana a los 400 nm, ese objeto lo vemos azul pero, si la luz reflejada se sitúa en torno a los 700 nm, lo veremos de color rojo.

Los investigadores del color consideran que el rojo, el amarillo, el verde y el azul, son los colores básicos ya que permiten describir el resto de todos los colores que somos capaces de percibir.

TEORÍA  TRICROMÁTICA DE LA VISIÓN DE LOS COLORES.


Esta teoría fue propuesta en el siglo XIX por Young y Helmholz fruto de sus investigaciones psicofísicas basadas en la “igualación de colores” mediante la combinación de luces con longitudes de onda específicas. Una de las principales conclusiones a las que llegaron es que se necesitaban tres longitudes de onda para formar los distintos colores del espectro. Esto les indujo a pensar que a nivel retiniano deberían existir receptores específicos para cada una de estas tres longitudes de onda, es decir tres tipos de foto-receptores con sensibilidades espectrales diferentes. La luz que llega a la retina estimula a todos los receptores pero según su longitud de onda, determinaría una respuesta mayor en el tipo de receptores sensibles a esa longitud de onda.

Debieron pasar treinta años para que los fisiólogos encontraran el origen de esta sensibilidad espectral diferente en los foto-receptores. Se debe a la presencia de un pigmento diferente en los conos, tres tipos de pigmento que responden específicamente a longitudes de onda corta (419 nm), media (531) y larga (558 nm), que corresponden a los colores, azul, verde y rojo, respectivamente. Si proyectamos una luz de 430 nm, se disparan los conos de onda corta y vemos  la luz azul, si ahora proyectamos una luz amarilla de 580 nm, estimula por igual los conos de onda media y larga, así la combinación de luces azules y amarillas, como estimula a los tres foto-receptores por igual, determina que la percibamos como una luz blanca. Este hecho sorprende porque estamos acostumbrados a que si combinamos una pintura azul con una amarilla, la vemos verde, no blanca.

Sabemos que nuestra percepción de los colores depende del patrón de actividad de los diferentes tipos de foto-receptores. Con esto podemos explicar el fenómeno de igualación de colores, podemos generar un estímulo de percepción de color como el que daría la luz de 580 nm que la percibimos amarilla blanquecina, si mezclamos luces de 530 nm, verde con otra de 620 nm, roja, que estimulan fuertemente los receptores de onda media y larga y muy poco los de onda corta, generando un patrón de percepción amarillo, como el anterior.

De hecho, aunque se requieren los tres foto-receptores para una adecuada percepción del color, con solo dos bastaría para tener una percepción de color casi normal, mientras que uno solo es insuficiente para percibir color, ya que la absorción de la luz depende de la intensidad a la que la proyectemos, pudiendo estimular el mismo foto-receptor con longitudes de onda diferentes, simplemente ajustando la intensidad, por ello no basta con un solo foto-receptor para tener la sensación de colores como tenemos en la vida normal, es lo que se denomina “principio de univarianza”.

TEORÍA DE LOS PROCESOS OPONENTES DE LA VISIÓN DE LOS COLORES.


Hering descubrió que la teoría tricromática explicaba la mayoría de fenómenos del color pero no daba respuesta a todos los problemas que se planteaban, por ello propuso una nueva teoría que explicaba la percepción de los colores en base a las respuestas oponentes generadas por el azul-amarillo y el rojo-verde. Esto lo dedujo estudiando las postimágenes que se generan viendo láminas de colores. Observo que la visión de un campo rojo genera una postimagen verde y una cartulina verde, una postimagen roja y, de la misma forma ocurría con el azul y el amarillo. Hering ofreció una explicación en el plano fisiológico que mejoraba la concepción sobre la visión de los colores y aunque hoy en día se ha visto que no era cierta del todo, se ha podido confirmar parte de sus hallazgos psicofísicos.

La explicación actual sobre esta teoría se basa en los hallazgos en la retina y Núcleo Geniculado Lateral  de neuronas con campos oponentes del tipo centro periferia. Existirían cuatro tipos de combinaciones: Az+ Am-, V+ R-, Am+ Az-, R+ V-. Junto a estos hallazgos se confirmó la presencia de los tres tipos de foto-receptores en la retina descritos en la teoría tricromática, es decir que la explicación para la visón de los colores pasaba por unificar ambas teorías, la tricromática con la de campos oponentes.  Un ejemplo de cómo se integran estos dos sistemas lo tenemos en la figura, donde el cono L envía una señal a una célula bipolar R+ V-, al tiempo que envía otra señal de excitación a una célula bipolar A que inhibe la activación de la célula bipolar para Az+ Am-. Las células  Az+ Am- se activan con la estimulación de los conos S de onda corta, lo que hace que percibamos el color azul y sí se estimulan los conos M y L, ante la llegada de una luz verde y roja, se activa la célula bipolar intermedia A, que inhibe a la bipolar Az+ Am- y se percibe el color amarillo, tal como ocurría en las experiencias que tienen los sujetos cuando combinan luces de diferentes longitudes de onda en la igualación de colores.



Con esto vemos que la secuencia del color se inicia con los foto-receptores, los conos para longitudes de onda, corta, media y larga y, prosigue con un mecanismo de convergencia y potenciación que se consigue con las células ganglionares oponentes en la retina y en un segundo estadio, en el NGL. Lo que todavía no sabemos del todo bien es lo que ocurre en el cerebro. En la década de los ochenta se especulaba con una región específica para el color, en base a los casos de ceguera cortical al color pero no a la visión, que hacía pensar en que el color se procesaba en un área concreta del cortex.

En la actualidad se ha visto actividad cortical relacionada con el color en V1 y en áreas extraestriadas como V3 y V4, implicadas en la vía ventral del reconocimiento de las formas pero que también responden a estímulos en blanco y negro, por ello, más que una región específica para el color, este se procesaría en diferentes regiones.

TEORIA  RETINEX.


Fue propuesta inicialmente por Land en 1964, fruto de sus experimentaciones con la cámara fotográfica Polaroid. Primero observo la constancia del color, que éste no variaba a pesar de variaciones en el grado de iluminación ambiental. El cerebro ajustaría  “matemáticamente” el color partiendo de la información del tono global del color. Actualmente se debate sobre la base neurofisiológica de este proceso.

Zeki  en 1980 demostró que el color de una superficie en una escena compleja no dependía tan solo de la longitud de onda predominante reflejada, sino que el cerebro la campara con las longitudes reflejadas por el entorno.

DEFICIENCIAS EN LA VISIÓN DE LOS COLORES.

Las primeras referencias sobre la visón de los colores se deben al físico John Dalton, que padecía un trastorno en la visión de los tonos carmesí. En recuerdo a este físico se empezó a denotar las anomalías en la visión de los colores como daltonismo.

Tres son las formas principales de anomalías en la visión de los colores, monocromatismo, dicromatismo y tricromatismo anómalo. El monocromata es una forma rara de anomalía al color con base hereditaria. En general estos pacientes no tienen ningún cono funcional por lo que la visión no solo carece de color sino que, en la medida que esta posibilitada por la acción de los bastones, la agudeza visual es muy baja y deben protegerse por ser muy sensibles a la luz, padecen de fotofobia.

Los pacientes afectos de dicromatismo ven algunos colores y según estos, pueden clasificarse en: protanopsia, deuteronopsia y tritanopsia. Los dos primeros son los más frecuentes y están relacionados con el cromosoma X, por lo que se presentan con mayor frecuencia en varones. Los protánopes perciben el azul y a medida que aumenta la longitud de onda (492 nm), desparece el tono azul y solo se aprecia un tono grisáceo. Los que padecen deuteranopia, tienen una clínica parecida pero el tono azul se alarga un poco más, hasta longitudes de onoda de 498, a partir del cual se percibe en un tono grisáceo amarillento. El tritánope ve azules hasta los 570 nm y, a partir de aquí solo percibe los rojos.

Junto a las anomalías del color por alteraciones en los foto-receptores, tenemos las acromatopsias centrales, es decir, la ceguera al color, no porque no se procese las longitudes de onda de los distintos colores, sino por una alteración en la interpretación del color a nivel cortical.

PSICOFÍSICA DE LA PERCEPCIÓN DEL COLOR


La visión del color pasa por preguntarse, ¿qué tipo de información procesa el sistema visual humano y qué operaciones realiza para obtener esa información?.  Solemos entender por color un atributo  de la percepción ligada a los objetos o a la luz. Cuando nos referimos al color de un objeto, es necesario, en primer lugar  que llegue la luz emergente de ese objeto a los ojos y, en segundo lugar  que, en consecuencia se estimule el proceso de percepción visual, así el color será un atributo perceptivo de ese objeto, igual que lo es la forma, textura o profundidad. En 1970 el CIE  (Comisión Internacional de Iluminación), adopto la definición de color percibido como: “color es el aspecto de la percepción visual mediante el cual un observador puede distinguir entre dos campos del mismo tamaño, forma y textura por las diferencias en la composición  espectral de las radiaciones  relacionadas con la observación”.

En esta definición se pueden  asociar atributos importantes para entender mejor la visión del color:

TONO: es el atributo que permite caracterizar a un color como azul, verde, etc.
COLORIDO: es un atributo por el cual un campo parece tener más o menos un color cromático
COLOR CROMÁTICO: el color percibido que posee tono. Será color acromático, aquel color percibido que no posee tono, como el blanco y el gris.
LUMINOSIDAD: atributo por el cual un campo tiene más o menos cantidad de luz.
SATURACIÓN: colorido de un campo determinado en proporción a su luminosidad. Depende de la cantidad de gris que se mezcla con el color base. Será más puro o más saturado cuanto menos gris contenga.
CLARIDAD: hace referencia a objetos opacos o trasparentes, y es la luminosidad de un campo determinada en proporción a la luminosidad de un campo igualmente iluminado que se percibe como blanco o perfectamente trasparente.
CROMA: también hace referencia a objetos opacos o trasparentes y se define como el colorido de un cuerpo determinado en proporción a la luminosidad de un campo igualmente iluminado que se percibe como blanco o perfectamente trasparente.

En consecuencia a estos atributos, decimos que un objeto  tiene, por ejemplo, un color azul, vivo y claro.

El estudio del color se realiza con la colorimetría, que tiene como objetivo introducir un método de medida del color que permita asignar una magnitud mensurable a cada uno de los atributos perceptivos y, además determinar el color mediante números que permitan su especificación en un espacio de representación.

Tras estas definiciones podemos avanzar en lo que entendemos como “color psicofísico”. Según la CIE, es el atributo de la relación visible mediante el cual un observador puede distinguir dos campos de igual tamaño, forma y textura, por la diferencia en la composición espectral de las radiaciones relacionadas con la observación.  En esta línea, definimos el estímulo de color, como aquella energía radiante de una intensidad y composición espectral dada que al entrar en el ojo produce la sensación de color. La complejidad de la percepción de los colores, su psicofísica, la vemos en ejemplos como el “Efecto Bezold-Brücke”.

Si proyectamos un pincel de luz monocromática a través de la pupila hacia la retina, al cambiar el punto de incidencia en la pupila, se producen cambios  en el tono del estímulo luminoso, es lo que conocemos como “Efecto de Stiles Crawford de segunda especie”

En la psicofísica de la visión de los colores es interesante el hecho del color atribuido a un objeto, de forma simplificada, lo podríamos entender como el resultado de un cierto análisis espectral (en el cerebro), de la luz que ese objeto refleja o emite. Sin embargo este análisis espectral no es perfecto y lo vemos en el ejemplo de la contemplación de un cuadro. En la pintura de un paisaje vemos todas las clases de colores y tonos tal cual los reconocemos en los objetos naturales que nos rodean, los rojos de una manzana o el verde amarillento del pasto semiseco, etc y ello a pesar de que el espectro físico de la luz reflejada por los objetos de la pintura es, en muchos casos, muy diferente al del correspondiente objeto natural representado.

Lo interesante es que aceptamos estas percepciones evocadas por la pintura como inherentes a los objetos naturales (es un proceso cognitivo), y que la mayoría de observadores acepta la misma situación. Esto se debe a que en la mayoría de casos poseemos una percepción de los colores muy parecida, proveniente de las experiencias previas de la visón de los colores en la naturaleza real. Esto es importante porque un número determinado de personas, en torno al 10% de la población, presenta una visión diferente, anómala, de los colores, sin embargo, muchas veces pasa desapercibida porque han aprendido a diferenciar los colores utilizando otras características de los objetos en la vida real.

La teoría de los modelos de la visón del color se inicia con la teoría tricromática de Young y Helmholz pero pronto se evidenció que era inadecuada para explicar la apariencia de los colores, tal como hemos explicado más arriba. No dejaba claro por ejemplo, por qué la mezcla de luces percibidas como roja y verde induce la sensación de amarillo, un color cualitativamente diferente al mezclado, o por qué ese color amarillo, mezclado en proporción adecuada con azul, lleva a la sensación de blanco. El problema estaba en que no se podía explicar cómo la respuesta de los tres tipos de conos puede sumar  sus luminosidades y cancelar sus atributos  de color cuando son excitados simultáneamente.

Hering estudio el problema y vio que no se puede experimentar la sensación simultanea de rojo-verde o de amarillo-azul, por ello  propuso la existencia de tres procesos oponentes generados en algún lugar de la ruta visual, un proceso claro-oscuro, otro amarillo-azul y otro, rojo-verde. Esta hipótesis coincidía con las anomalías que se ven en la clínica respecto a la visión de los colores, ceguera rojo-verde, en la que persiste la visión claro-oscuro y amarillo-azul;  ceguera amarillo-azul, en la que persiste la visón claro-oscuro y verde-rojo y, ceguera total cromática, en la que solo queda la visón en blanco y negro fruto de la acción de los bastones.

La teoría de los colores oponentes resolvía parte de los problemas pero, no todos ya que no permitía explicar la curva de eficiencia luminosa que acompaña, por ejemplo a la protanopia. En la actualidad sabemos que la teoría tricromática es buena para explicar los fenómenos del color a nivel receptor, en retina, mientras que la teoría oponente, es eficaz para explicar lo que pasa en la fase neural.

El modelo de Boynton (1986) es el más admitido por los científicos y su originalidad  reside en el hecho de introducir un sistema de representación del color en que los mecanismos de visión del color se manifiestan de forma directa. El espacio así obtenido se conoce como “espacio de excitación de conos”. Los conos L y M son sensibles al espectro visible completo, con una sensibilidad máxima en 565 y 540 nm, respectivamente y,  en  las longitudes de onda larga, la sensibilidad del cono L es muy superior a la del M.  Por otra parte, el cociente de excitación de los conos L y M es máximo en 465 nm y para cada longitud de onda menor de esta cifra hay otra mayor, tal que si se ajusta la luminancia, ambas corresponderían  a estímulos que se verían iguales en personas que carecieran de conos S, ya que se pueden encontrar parejas de estímulos espectrales a ambos lados de 465 nm con igual valor de M (L+M) y de L (L+M). El espectro de acción de los conos S tiene el máximo en 440 nm y desciende rápidamente para longitudes de onda más largas, siendo insensibles más allá de los 520 nm.

Para entender mejor lo dicho, imaginemos que miramos un campo de luz monocromática y vamos variando su longitud de onda desde larga a corta. Consideremos un espectro de acción de conos en las que las longitudes de onda larga excitan a L mucho más que a M, se verá rojo, propio de estos conos L y casi nada de verde (M). Si ahora reducimos la onda a 575, la diferencia rojo-verde se hace menor y se equilibran las señales de L y M y como los conos S del azul todavía no se han excitado, la sensación visual  no es ni rojo ni verde sino un color amarillo. Si acortamos todavía más la longitud de onda, los M irán dominando sobre los L y se irá viendo verdoso, disminuyendo el tono amarillento, hasta llegar a los 500 nm donde S equivale a la suma de L y M, se equilibra el canal amarillo-azul y se ve un verde único. Si reducimos la longitud de onda, el azul ira reemplazando al verde y si todavía la bajamos más, el elevado nivel de excitación del azul desequilibra al canal rojo-verde en dirección al rojo, percibiéndose ahora un color violeta.

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