Capitolo
1
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Le
traduzioni che potrete trovare su questo sito
sono unicamente destinate ad uso interno per il
corso di Psicologia della Percezione dell'Università
degli studi di Trieste. Nascono con l'intento
di fornire un ausilio a quegli studenti che non
hanno molta dimestichezza con la lingua inglese.
Le traduzioni sono opera degli stessi studenti
del corso di Psicologia della Percezione 1999
- 2000. Nell'utilizzo di questo materiale va tenuto
conto che la correttezza dello stesso va verificata
confrontando le traduzioni con il testo originale.
Per ulteriori domande, clicca
qui.
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Molti
di noi danno per scontata la nostra abilità di
vedere il mondo intorno a noi. Come lo facciamo non
ci sembra un mistero: semplicemente, apriamo gli occhi
e guardiamo! Quando ciò avviene, percepiamo un
in-sieme complesso di oggetti significativi posizionati
nello spazio tridimensionale.
La figura 1.1.1, per esempio, mostra una scena tipica
al campus di Berkeley dell' Università della
California: alcuni studenti che camminano attraverso
la Sather Gate, con gli alberi e la torre del campanile
nello sfondo. Noi percepiamo tutto questo così
rapidamente e senza sforzo che non immaginiamo neppure
quanto tutto ciò sia complicato. La ricca struttura
dell' esperienza visiva che deriva dal vedere scene
naturali come questa nasce quando i tessuti neurali
all'interno degli occhi sono stimolati da un pattern
ottico bidimen-sionale che include solo dei pezzi degli
oggetti che sono percepiti. Gran parte del campanile,
ad esempio, è nascosto dietro agli alberi e parti
degli alberi sono occlusi dalle torri della porta; tuttavia,
noi non percepia-mo il campanile come se galleggiasse
in aria o gli alberi come se avessero dei buchi a forma
di torri. Persino gli oggetti che sembrano essere pienamente
visibili, come le torri della porta e gli studenti,
possono essere vi-sti solo in parte perchè le
loro parti lontane sono occluse dalle loro parti vicine.
In che modo siamo capaci di percepire così velocemente
e senza sforzo la significativa e coerente scena tridimensionale
di cui noi abbiamo esperienza a partire dall'incompleto
pattern bidimensionale di luce che en-tra nei nostri
occhi ?
E ancora: Perchè gli oggetti appaiono colorati
? Come possiamo determinare se un oggetto è grande
e distante o piccolo e vicino ? Come percepiamo quali
regioni in un' immagine sono parti dello stesso oggetto
? Come sappiamo a cosa servono gli oggetti ? Come possiamo
dire se ci muoviamo noi in relazione agli oggetti nell'
ambiente o si muovono loro in relazione a noi ? I neonati
vedono il mondo nello stesso modo in cui lo ve-diamo
noi ? Possono le persone "vedere" senza essere
coscienti di ciò che vedono ?
Questo libro descriverà come gli scienziati della
visione rispondono a queste domande e cosa hanno scoperto
sulla visione. Parti diverse delle risposte arrivano
da differenti discipline ( biologia, psicologia, scien-za
dei computer, neuropsicologia, linguistica e antropologia
cognitiva ) che fanno tutte parte del campo emer-gente
della scienza cognitiva. La sua premessa è che
i problemi della cognizione saranno risolti più
rapida-mente e in modo completo se saranno affrontati
da quante più prospettive possibili.
Lo studio moderno della visione certamente si adatta
a questa forma interdisciplinare; questo campo interdisciplinare,
che Palmer chiama scienza della visione ("vision
science"), è parte della scienza cognitiva.
Esistono tre domini attraverso cui capire la visione:
1) i fenomeni della percezione visiva
2) la natura dell'informazione ottica
3) la fisiologia del sistema nervoso visivo
E' opinione di Palmer che per spiegare la visione sia
necessaria la comprensione di tutti e tre questi domini
e delle relazioni tra di essi.
1.1
PERCEZIONE VISIVA
1.1.1
DEFINIZIONE DI PERCEZIONE VISIVA
La percezione visiva è definita come il processo
di acquisizione della conoscenza sugli oggetti ed even-ti
ambientali attraverso l'estrazione di informazione dalla
luce che essi emettono o riflettono.
Si devono evidenziare alcuni aspetti di questa definizione:
1. La percezione visiva concerne l'acquisizione della
conoscenza. Questo significa che la visione è
fon-damentalmente un' attività cognitiva, distinta
dai processi puramente ottici come quelli fotografici.
La fig. 1.1.2 mostra l'analogia occhio/macchina fotografica:
entrambi formano un'immagine capovolta, ricevo-vono
la luce da un' apertura di grandezza variabile e mettono
a fuoco l'immagine su una superficie bidimensio-nale
utilizzando una lente trasparente. Tuttavia le somiglianze
sono solo a livello di fenomeni ottici e non per-cettivi.
La macchina fotografica, infatti, non ha alcuna capacità
percettiva, cioè non "conosce" nulla
delle sce-ne che registra. Le immagini fotografiche
contengono solo informazioni, mentre le persone e gli
animali dotati di vista acquisiscono conoscenza del
loro ambiente; è questa conoscenza che permette
loro di agire in modo ap-propriato in una data situazione.
2. La conoscenza ottenuta dalla percezione visiva concerne
gli oggetti e gli eventi nell' ambiente. La percezione
non riguarda soltanto le esperienze visive soggettive
di un osservatore, come ad esempio le allucina-zioni
o le immagini visive. L'esperienza soggettiva delle
persone è parte della percezione visiva solo
quando ci rivela qualcosa sulla natura della realtà
esterna.
3. La conoscenza visiva dell' ambiente è ottenuta
mediante estrazione di informazioni. Questo aspetto
della definizione implica un certo approccio "metateoretico"
per capire la cognizione e la percezione visiva, ba-sato
sul concetto di informazione e su come essa viene elaborata.
L' elaborazione dell' informazione è un approccio
che permette agli scienziati della visione di parlare
di come le persone vedono, negli stessi termini in cui
parlano di come i computers possono essere programmati
per ve-dere.
4. L'informazione processata nella percezione visiva
deriva dalla luce che è emessa o riflessa dagli
oggetti. L'informazione ottica è il fondamento
di tutta la visione; essa deriva dal modo in cui le
superfici fisiche interagiscono con la luce nell' ambiente.
Poichè questa ristrutturazione della luce determina
l'informazione di-sponibile in primo luogo sugli oggetti
per la visione, essa costituisce il punto di inizio
appropriato per ogni ana-lisi sistematica della visione
(Gibson, 1950). Gran parte dei problemi che si incontrano
nel spiegare la visione ha a che fare con la difficoltà
di "rimediare" a ciò che accade quando
la luce proietta da un mondo tridimensio-nale a una
superficie bidimensionale nell'interno degli occhi.
1.1.2
L' UTILITA' EVOLUTIVA DELLA VISIONE
La visione ha una grande importanza biologica: essa
si è evoluta per aiutare la sopravvivenza e il
suc-cesso riproduttivo degli organismi. Gli oggetti
e le situazioni desiderabili devono essere scovate e
avvicinate, mentre gli oggetti e le situazioni pericolose
devono essere evitate o fuggite. Per adattarci, dobbiamo
prendere in qualche modo informazioni sugli oggetti
che si trovano nel mondo intorno a noi; a questo tentativo
partecipano tutti i nostri sensi.
Nell' uomo e in molti animali la vista è il senso
preminente; la visione, infatti, è in grado di
fornirci in-formazioni altamente attendibili sulle posizioni
e sulle proprietà degli oggetti nell'ambiente,
anche osservandoli da lontano. L'udito e l'olfatto,
a volte, danno informazioni da distanze maggiori, ma
raramente sono altrettanto affidabili per quanto riguarda
l'identificazione e la localizzazione degli oggetti,
soprattutto per gli umani. Il tat-to e il gusto, invece,
forniscono le informazioni più dirette, ma solo
quando gli oggetti vengono a contatto con il nostro
corpo.
Evolutivamente parlando, la percezione visiva è
utile solo se è ragionevolmente accurata; se
l'informa-zione nella luce non fosse sufficiente per
distinguere un oggetto da un altro o per sapere la loro
collocazione nello spazio, la visione non si sarebbe
mai evoluta fino a raggiungere il livello sofisticato
riscontrabile nell' uo-mo. Infatti, la luce è
una ricchissima fonte di informazione ambientale e la
visione la sfrutta al massimo grado: nel complesso,
ciò che vedi è ciò con cui puoi
venire a contatto. Quando questo è vero si parla
di percezione veridica: la percezione è coerente,
cioè, con lo stato attuale delle relazioni nell'ambiente.
Tuttavia la percezione non sembra essere una "finestra
trasparente sulla realtà", bensì
un modello signi-ficativo, attivamente costruito, dell'
ambiente, che consente di predire ciò che accadrà
in futuro così da poter adottare azioni appropriate
e in tal modo incrementare le possibilità di
sopravvivenza.
1.1.3
LA PERCEZIONE COME ATTO COSTRUTTIVO
Ciò che si vede è necessariamente ciò
che si riceve ? La percezione visiva è infallibilmente
veridica ?
La risposta a queste domande ci dirà se la visione
possa essere considerata o meno " una finestra
trasparente sulla realtà".
ADATTAMENTO
ED EFFETTI POSTUMI ("AFTEREFFECTS")
La percezione visiva cambia nel tempo non appena si
adatta ad una particolare condizione.
L' adattamento al buio consiste in un incremento nella
sensibilità alla luce. Quando, ad esempio, si
en-tra in un teatro buio inizialmente non si vede nulla,
se non delle sagome; dopo 20-30 minuti, però,
si è in grado di riconoscere le persone.
Un altro esempio viene dalle stelle. Quando si lascia
una stanza illuminata per uscire al buio, le stelle
sembrano poche
e poco luminose; dopo 20-30 minuti, tuttavia, il cielo
appare pieno di stelle luminose. Questo accade perchè
il sistema visivo diventa più sensibile alla
luce che le stelle emettono.
L' esperienza visiva diventa meno intensa in seguito
a esposizione prolungata a diversi tipi di stimola-zione:
colore, orientamento, posizione, movimento, ecc. Questo
dimostra che la percezione visiva produce di-verse esperienze
visive dello stesso ambiente fisico a diversi stadi
di adattamento. Ciò che cambia nel tempo, quindi,
è il nostro sistema visivo, non l'ambiente.
Un altro risultato della prolungata o intensa stimolazione
visiva è l' immagine consecutiva.
Se ci viene sparato un flash negli occhi, all' inizio
ne rimaniamo accecati; questa è una percezione
veridica, ma è seguita da una prolungata esperienza
di buio nella zona in cui ci è apparso il flash.
Questa immagine consecu-tiva (o postuma) si sovrappone
per qualche minuto a tutto ciò che guardiamo,
alterando l'esperienza della vi-sione: vediamo qualcosa
che non c'è. Ovviamente questa non è una
percezione veridica, perchè l'immagine con-secutiva
rimane anche dopo che il flash fisico è scomparso.
Non tutti gli effetti consecutivi ci fanno vedere cose
che non ci sono; a questo proposito, prendiamo in esame
l'immagine consecutiva di orientamento. La fig.1.1.3
ci offre l'opportunità di sperimentare questo
effet-to: si deve far scorrere gli occhi lungo la barra
centrale tra i reticoli di sinistra per 30-60 secondi;
poi bisogna guardare il quadrato tra i due reticoli
identici di destra. A questo punto, il reticolo più
in alto apparirà curvato a sinistra e il reticolo
più in basso apparirà curvato a destra.
Questi errori nella percezione evidenziano che ciò
che noi vediamo è il risultato di un' interazione
tra il mondo esterno e lo stato attuale del sistema
nervoso visivo.
REALTA'
E ILLUSIONE
Vi sono molti altri casi di percezione sistematicamente
non veridica: le illusioni.
In ciò che viene definito illusione della luna,
ad esempio, la luna viene vista più grande quando
è all'o-rizzonte di quando si trova alta nel
cielo di notte. La luna ovviamente ha sempre lo stesso
diametro: è la nostra percezione della sua grandezza
a cambiare.
La fig. 1.1.4 mostra altre illusioni visive: sebbene
ciò non ci sembri vero, le due frecce nella fig.
A hanno la stessa lunghezza; le due linee orizzontali
in mezzo alle due linee convergenti, in B, sono identiche;
le linee verticali sovrapposte ai trattini diagonali,
in C, sono parallele; i due segmenti diagonali interrotti
dalle due linee verticali, in D, sono collineari; e
i due cerchi, circondati uno da cerchi più grandi,
l'altro da cerchi più pic-coli, in E, sono uguali.
In questi esempi il nostro sistema visivo viene ingannato
e commette errori percettivi su delle proprietà
di semplici linee disegnate, che sembrano ovvie.
Queste illusioni portano a concludere che la percezione
non è infallibile e che la realtà che
la visione mostra è, almeno in parte, una costruzione
del sistema visivo, che deriva dal modo in cui questi
elabora l'infor-mazione presente nella luce. L'esistenza
delle illusioni prova, dunque, in modo convincente che
la percezione non è solo una semplice registrazione
della realtà oggettiva.
Le percezioni sono causate dai pattern bidimensionali
della luce che stimolano i nostri occhi. Per darci l'informazione
sull' ambiente tridimensionale, la visione deve essere
un processo interpretativo che alle volte trasforma
il complesso e mobile pattern di luce tridimensionale
dietro agli occhi in percezioni stabili di oggetti tridimensionali
nello spazio 3D. Si deve concludere, dunque, che gli
oggetti che percepiamo sono delle inter-pretazioni basate
sulla struttura delle immagini piuttosto che registrazioni
dirette della realtà fisica.
FIGURE
AMBIGUE
Le figure ambigue servono per spiegare la natura interpretativa
della visione. Si tratta di immagini singole che possono
dare luogo a due o più percezioni distinte.
La fig. 1.1.5 mostra degli esempi di figure ambigue:
la figura vaso/facce (A), in cui si può vedere
sia un vaso bianco su sfondo nero che due profili neri
su sfondo bianco; il cubo di Necker (B), in cui il cubo
può esse-re visto da sopra o da sotto; e l'anatra/coniglio
(C), in cui si vede un' anatra che guarda verso sinistra
oppure un coniglio rivolto a destra.
Si devono notare due importanti cose:
· le interpretazioni si escludono reciprocamente,
nel senso che possiamo percepire solo una figura alla
volta (ad esempio un' anatra o un coniglio, ma non entrambe
contemporaneamente) . Questo è compatibile con
l'idea
che la percezione implichi la costruzione di un modello
interpretativo, perchè uno solo alla volta di
tali modelli può essere adatto ai dati sensoriali.
· le interpretazioni, una volta riconosciute
entrambe, diventano delle percezioni multistabili, cioè
percezioni dinamiche in cui le due possibilità
continuano ad alternarsi mentre guardiamo. Questo suggerisce
che i due modelli sono in competizione.
1.1.4
PERCEZIONE COME MODELLAMENTO DELL'AMBIENTE
Come la visione va oltre l'informazione ottica e perchè
? La risposta favorita è che l'osservatore sta
costruendo un modello di come la situazione ambientale
potrebbe aver prodotto il pattern osservato della stimolazione
sensoriale. L'idea qui è che le percezioni delle
persone corrispondono effettivamente ai modelli che
i loro sistemi visivi hanno costruito, piuttosto che
alla stimolazione sensoriale su cui i modelli sono basati.
Ecco perchè le percezioni possono essere illusorie
e ambigue nonostante lo stato non illusorio e non ambiguo
delle immagini ottiche grezze su cui sono basate.
L'idea che lo scopo del sistema visivo sia di costruire
modelli dell' ambiente è stata inizialmente propo-sta
da Hermann von Helmholtz, nella seconda parte dell'800.
Egli vedeva la percezione come il processo che inferisce
la situazione ambientale più probabile, dati
i pattern di stimolazione visiva. Questo punto di vista
è stato quello dominante per più di un
secolo, tuttavia è stato ampliato e rielaborato
da altri teorici come Richard Gregory, David Marr, Irvin
Rock.
Introducendo il concetto di modelli non si vuole dire
che la percezione sia "pura finzione".
I modelli percettivi devono:
· essere accoppiati intimamente all'informazione
nell'immagine proiettata del mondo
· fornire accurate interpretazioni di questa
informazione.
Le illusioni mostrano che i nostri modelli sono, alle
volte, poco affidabili, mentre le figure ambigue mostrano
che essi possono non essere unici; entrambe le situazioni,
però, tendono a capitare solo in condizioni inusuali,
come nei libri o nei laboratori. La nostra esperienza
di ogni giorno ci dice invece che i nostri modelli percettivi
sono generalmente sia accurati che unici.
COMPLETAMENTO
VISIVO
Forse la prova più chiara e convincente che la
percezione visiva coinvolge la costruzione di modelli
dell'am-biente viene dal fatto che le nostre percezioni
includono porzioni di superfici che non possiamo realmente
ve-dere.
La figura 1.1.6 mostra un esempio di completamento visivo
in cui gli oggetti in primo piano occludono quelli che
stanno dietro: noi percepiamo la forma di un quadrato
con dietro un cerchio e un rettangolo, invece di percepire
frammenti di regioni staccate. Si tratta di un fenomeno
di riempimento (" filling in ") percettivo
di parti di oggetti nascoste alla vista, che succede
automaticamente e senza richiedere sforzo ogni volta
che per-cepiamo l'ambiente. Quasi nulla è visibile
interamente, tuttavia quasi tutto è percepito
come intero e completo.
La percezione visiva include anche informazioni su superfici
auto-occluse. Le superfici auto-occluse sono quelle
superfici di un oggetto che sono interamente nascoste
alla vista dalla loro stessa superficie visibile.
La figura 1.1.7 mostra un completamento visivo dovuto
ad auto-occlusione: la figura di un cubo di cui si vedono
solo tre facce è invaribilmente percepita come
un cubo solido (A), tuttavia è fisicamente possibile
che essa sia una struttura cava delimitata da tre pareti
(B). Ciò che si percepisce effettivamente va
ben oltre a ciò che è direttamente disponibile
nella luce che raggiunge gli occhi. Si hanno forti aspettative
su come sono le su-perfici auto-occluse e quelle parzialmente
occluse. Queste devono essere costruite da qualcosa
di più della luce che entra negli occhi, perchè
l'immagine stessa non contiene una stimolazione diretta
che corrisponda a queste parti del mondo percepite,
ma non viste.
OGGETTI
IMPOSSIBILI
Gli oggetti impossibili sono disegni bidimensionali
che all' inizio danno una chiara percezione di oggetti
tridi-mensionali coerenti, ma che, a un'attenta analisi,
risultano essere fisicamente impossibili. La
figura 1.1.8 mostra due famosi esempi di oggetti impossibili:
la "forchetta del diavolo" (A) e il trian-golo
tridimensionale (B). Questi oggetti mostrano chiaramente
come le nostre percezioni siano costruzioni in-terne
di una supposta realtà esterna. Se la percezione
visiva fosse semplicemente una copia del mondo, un og-getto
fisicamente impossibile non potrebbe essere percepito;
invece, le persone percepiscono come oggetti que-ste
immagini particolari.
Questo suggerisce che la percezione deve compiere un'interpretazione
dell'informazione visiva in termi-ni di oggetti tridimensionali
nell' ambiente che possono aver dato origine alle immagini
registrate nei nostri oc-chi. Tuttavia i tipi di errori
che si fanno nella percezione degli oggetti impossibili
sembrano indicare che alcuni processi visivi all'inizio
lavorano a un livello locale e solo dopo inseriscono
i risultati in una struttura globale. Gli oggetti della
figura 1.1.8 effettivamente sono localmente validi,
ma globalmente inconciliabili.
PREDIRE
IL FUTURO
L'informazione addizionale di un ipotetico modello della
realtà, che il sistema visivo può aver
costruito, può es-sere preziosa e aiutare gli
organismi percipienti a predire il futuro.
Prendiamo ad esempio la fig. 1.1.7: la percezione del
cubo tridimensionale come se fosse intero ci for-nisce
l'aspettativa di ciò che potremmo vedere se stessimo
per muoverci in modo tale da vedere anche le altre superfici.
Questo è estremamemte importante per creature
come noi che sono costantemente in movimento: un modello
tridimensionale stabile, infatti, ci libera dal dover
percepire ogni cosa sempre partendo da zero mentre ci
muoviamo nel mondo. Un modello percettivo dell'ambiente
tridimensionale non ha bisogno di essere modifi-cato
mentre ci muoviamo, perchè la sola cosa che cambia
è il nostro punto di vista in relazione a un
largamen-te stabile paesaggio di superfici e oggetti.
L'abilità nel predire il futuro percettivo è
anche evolutivamente cruciale, perchè viviamo
in un mondo che include oggetti e creature che si muovono.
Questa abilità è utile per conoscere la
posizione attuale di un og-getto in movimento, ma è
ancor più utile per conoscere la sua direzione
o velocità così da poterne predire la
traiettoria futura. Ciò è particolarmente
importante quando qualcosa viene verso di noi, perchè
dobbiamo deci-dere se avvicinarci, scansarla, fuggire
o ignorarla. Senza un modello percettivo, che a volte
trascende l'informa-zione sullo stimolo momentaneo,
la visione non potrebbe guidare le nostre azioni in
modo appropriato.
1.1.5
PERCEZIONE COME COMPRENSIONE DEL SIGNIFICATO
Le nostre costruzioni percettive del mondo vanno oltre
il completamento delle superfici non visibili in un
modello tridimensionale. Esse includono l' informazione
sul significato o l' importanza funzionale degli og-getti
e delle situazioni. Noi percepiamo un oggetto non semplicemente
come un qualcosa che ha una particola-re forma e che
sta in un determinato posto, ma come una persona, un
cane, una casa, ecc.
Essere in grado di classificare ( o riconoscere o identificare)
gli oggetti come membri di categorie co-nosciute ci
permette di comportarci nei loro confronti nella maniera
appropriata, perchè ci dà accesso a una
enorme quantità di informazioni che abbiamo immagazzinato
durante le precedenti esperienze con essi.
CLASSIFICAZIONE
La classificazione è utile perchè gli
oggetti appartenenti alla stessa categoria condividono
tante proprietà e comportamenti.
L' esperienza precedente con i membri di una data categoria
ci permette di predire con ragionevole cer-tezza ciò
che faranno nuovi membri della stessa classe; di conseguenza
possiamo affrontare nuovi oggetti di quella categoria
anche senza averli mai visti prima.
Classificare gli oggetti come membri di categorie conosciute
sembra facile, ma in realtà è un' impresa.
Per rendersene conto basta guardare la fig. 1.1.9 ,
in cui sono rappresentate molte varietà di cane.
La percezione visiva va oltre la descrizione fisica
degli oggetti per classificarli in categorie conosciute.
Infatti, nonostante le sostanziali differrenze fisiche
nel loro aspetto, tutti questi animali sono prontamente
percepiti come apparte-nenti alla categoria dei cani.
ATTENZIONE
E CONSAPEVOLEZZA
Nell' ambiente visivo ci sono più informazioni
di quante noi ne percepiamo. Quindi dobbiamo eseguire
una selezione
che dipende dai nostri bisogni, mete, piani e desideri.
La percezione non è un processo interamente stimolo-guidato,
cioè le percezioni non sono determinate unicamente
dalla natura delle informazioni ottiche presenti nella
stimolazione sensoriale. Le nostre percezioni sono anche
influenzate, in una certa misura, da costrizioni cognitive:
mete più elevate, piani e aspettative. Ci sono
innumerevoli modi in cui queste costrizioni cognitive
influenzano la percezione, molti dei quali implicano
i processi selettivi dell'attenzione visiva.
Una delle funzioni dell' attenzione è quella
di portare l'informazione visiva alla consapevolezza.
Certe proprietà degli oggetti non sembrano venir
apprese in modo consapevole a meno che non venga prestata
loro attenzione; eppure gli oggetti non attenzionati
sono spesso elaborati al di fuori della consapevolezza
in modo sufficiente ad attrarre la nostra attenzione.
Nei casi comuni di ogni giorno, il processamento visivo
avviene inconsapevolmente mentre dirigiamo l'attenzione
verso aspetti importanti ed interessanti dell'ambiente.
Una volta che gli oggetti vengono attenziona-ti, diventiamo
coscienti delle loro dettagliate proprietà e
siamo capaci di identificarli e riconoscerne il signifi-cato
nella situazione presente.
Molti aspetti di alto livello della percezione sembrano
essere pienamente consapevoli; altri aspetti della percezione,
invece, chiaramente non sono consapevoli, persino nella
stessa situazione. In generale, i livelli più
bassi di percezione non sembrano essere accessibili
o modificabili dalla conoscenza e dalle aspettative
coscien-ti; il contrario accade, invece, per i livelli
più alti.
1.2
INFORMAZIONE OTTICA
La visione dipende dall' interazione di tre elementi:
la luce, le superfici che la riflettono, e il sistema
vi-sivo di un osservatore che la colga. La percezione
visiva in un ambiente non avviene se rimuoviamo uno
di questi ingredienti.
Ma come interagisce la luce con le superfici per produrre
quegli eventi ottici che sono il punto d'inizio della
visione?
1.2.1
IL COMPORTAMENTO DELLA LUCE
La scienza che studia il comportamento della luce è
una branca della fisica chiamata ottica.
In accordo con la prevalente teoria fisica, la luce
è costituita da "piccoli pacchetti"
di energia, chiamati fotoni, che si comportano come
onde per certi aspetti e come particelle per altri.
I fotoni irradiano all'esterno della loro sorgente (
sole, fuoco o lampadina ) viaggiando in perfetta linea
retta e con una velocità di 186000 miglia al
se-condo. Quando i fotoni colpiscono la superficie di
un oggetto noi diciamo che esso è illuminato.
La misura della quantità o intensità di
luce visibile emessa o riflessa da una data sorgente
o superficie viene definita luminanza.
ILLUMINAZIONE
L'illuminazione si riferisce alle condizioni luminose
in un ambiente.
Si definisce come punto di sorgente luminosa la situazione
idealizzata in cui tutta la luce che illumina una scena
proviene da una singola sorgente di luce in una specifica
locazione. Un unico punto di sorgente lumi-nosa produce
ombre scure e ben definite dietro le superfici illuminate
e forti effetti ombra da parte delle super-fici illuminate
( fig. 1.2.1/A ).
In molte situazioni la luce proviene da una illuminazione
diffusa; in questo caso la luce irradia da una regione
dello spazio relativamente larga. Per esempio la luce
è più diffusa quando il cielo è
coperto da nubi; in questo caso un' illuminazione diffusa
non determina la comparsa di ombre ben definite.
INTERAZIONE
CON LE SUPERFICI
Le superfici producono un radicale cambiamento nel comportamento
dei fotoni che le colpiscono. Le sole su-perfici che
non cambiano il comportamento dei fotoni sono quelle
completamente trasparenti.
Quando colpisce la superficie di un oggetto, il fotone
può passare attraverso la superficie o essere
as-sorbito da questa oppure essere riflesso (fig.1.2.2).
La luce trasmessa può anche passare attraverso
la superficie e
dare il fenomeno della rifrazione (fig. 1.2.3); questo
può portare a percezioni erronee come l' effetto
del cuc-chiaio "spezzato" inserito in un bicchiere
d' acqua.
Il processo di riflessione è il più importante
per la visione per due motivi:
· la luce riflessa può essere modificata
sulla base della sua interazione con la superficie,
portando così con sé informazioni sulla
superficie
· la luce riflessa è, in seguito, predisposta
a colpire i recettori dell'occhio di un osservatore,
trasmettendo così informazioni sulle superfici
al sistema visivo.
Si è detto che la superficie produce un cambiamento
nella direzione del fotone: il fotone rimbalza sulla
superfi-cie e assume una direzione che dipende sia dalla
direzione originale che dalla microscopica struttura
della su-perficie. Se la superficie è altamente
lucida o speculare, la luce è riflessa in una
singola direzione che è simme-trica alla direzione
di provenienza (fig. 1.2.4/B) : l'angolo di incidenza
è uguale all'angolo di riflessione. Se la superficie
è opaca, la luce riflessa può diffondersi
in molte direzioni.
Tutte le superfici riflettono la luce, eccetto quelle
completamente nere (che l'assorbono tutta) e quelle
completamente trasparenti (che la trapassano tutta).
Molte superfici che ci circondano sono più opache
che spe-culari. Tutto ciò implica che la luce
rimbalzi in quasi ogni direzione da quasi ogni superficie
dell' ambiente. Le superfici, quindi, agiscono come
sorgenti di luce secondarie.
L' illustrazione colorata della tavola 1.1 ( nell'inserto
) mostra cosa si è riusciti ad ottenere con un
pro-
gramma al computer. L'immagine A mostra solo l' illuminazione
diretta che entra nell'occhio da una sorgente di
luce, prima che ogni luce possa essere riflessa dalle
diverse superfici (che costituiscono la scena) e possa
esse-re carpita dall' occhio. Gradualmente vengono aggiunte
varie riflessioni da parte delle superfici dell' ambiente.
Quindi, il ricco modo di apparire di una scena dipende
dalle complesse interazioni della luce ambientale con
le strutture dell'ambiente fisico. Molte luci provengono
da certe direzioni piuttosto che da altre; ciò
spiega perchè noi siamo in grado di vedere superfici
di diversi colori in diverse direzioni.
Un' uguale quantità di luce proveniente da tutte
le direzioni è definita Ganzfeld ; questa situazione
può essere paragonata a una nebbia grigia che
circonda tutto.
L'
ASSETTO OTTICO AMBIENTALE
J. J. Gibson concettualizzò l'informazione ottica
disponibile nella luce in termini di assetto ottico
ambientale (AOA = "Ambient Optic Array").
L' AOA si riferisce alla luce che giunge, da tutte le
direzioni, in un punto di osservazione stabilito; è
"ambientale" perchè il punto di osservazione
è letteralmente circondato dalla luce che vi
converge. Ciò signi-fica che se gli occhi fossero
a un determinato punto di osservazione, ogni luce riflessa
da superfici ambientali o emessa direttamente da una
fonte potrebbe essere disponibile da ogni direzione.
La visione è possibile a quel punto di osservazione
perchè le superfici ambientali strutturano la
luce in AOA in modo complesso, ma regola-to da leggi.
Le diverse superfici "alterano" la direzione
della luce riflettendola in modo da formare gli AOA
in un dato punto di osservazione con una particolare
struttura complessa. Il sistema visivo registra questa
struttura e cerca di rovesciare il processo determinando
la disposizione delle superfici che devono esistere
nell' ambiente per aver strutturato l' AOA proprio in
quel modo. Noi di tutti questi processi non abbiamo
consapevolezza o conoscenza conscia.
Quindi: tutta la luce converge in un determinato punto
di osservazione; l' AOA definito in questo punto esiste
indipendentemente dal fatto che ci sia un osservatore
in quel punto (fig. 1.2.5 / A). L'occhio campiona un
insieme di AOA. La parte in ombra degli AOA non è
correttamente visibile, perchè l'occhio coglie
solo ciò che ha di fronte (fig. 1.2.5 / B). La
parte di AOA "campionata" è registrata
nella retina dell'osservatore come un'im-magine. Se
il soggetto si muove, l'AOA cambia e si hanno cambiamenti
anche nell'immagine retinica dell'osser-vatore. C'è
un AOA strutturato differentemente in ogni punto dell'ambiente.
Ogni AOA è unico e fornisce infor-mazioni diverse
sull'ambiente.
AOA dinamici possono essere caratterizzati solo da un
flusso ottico di luce, fornendo così all'osserva-tore
informazioni da una dimensione addizionale che si spiega
nel tempo. Ciò è importante per molti
fenomeni percettivi, come la nostra abilità a
percepire la terza dimensione dell'ambiente (profondità
o distanza dall'osservatore),
a determinare la forma degli oggetti in movimento e
a percepire la nostra traiettoria nell' ambiente quando
ci muoviamo.
1.2.2
LA FORMAZIONE DI IMMAGINI
IMMAGINI
OTTICHE
I fotoni riflessi da un oggetto tridimensionale proiettano
sulla retina un'immagine bidimensionale.
L' oggetto del mondo esterno viene chiamato stimolo
distale (cioè distante dall' osservatore) e la
sua immagine ottica sul fondo oculare stimolo prossimale
(cioè vicino all'osservatore). La grandezza dell'
imma-gine di un oggetto nell'occhio è definita
dal suo angolo visivo, ossia dall' angolo sotteso dall'
oggetto dai suoi estremi al punto nodale dell'occhio.
Questo angolo misura la dimensione spaziale dello stimolo
prossimale e non di quello distale.
La dimensione mancante col passaggio dallo stimolo distale
a quello prossimale è la profondità; questa,
per essere percepita, è necessario sia riconvertita
dall'informazione in 2D dell'immagine ottica.
PROIEZIONI
GEOMETRICHE
Il processo di formazione delle immagini 2D nell'occhio
è regolato da leggi e proprio per questo può
essere stu-diato matematicamente mediante proiezioni
geometriche.
Le proiezioni geometriche permettono di comprendere,
data una specifica scena in 3D, dove esattamen-te ogni
punto di questa scena si proietta su un' immagine piatta
in 2D e quali caratteristiche di questa immagine saranno
proiezioni invariate o differenti.
Il modello delle proiezioni geometriche risulta, però,
incompleto perchè non tiene conto delle intera-zioni
della luce con le superfici.
PROIEZIONE
PROSPETTICA E ORTOGRAFICA
Un modo per osservare la produzione di immagini a 2D
a partire da oggetti del mondo in 3D è la camera
oscura.
Poichè i fotoni viaggiano in linea retta, la
luce che cade su ogni punto della immagine a 2D nella
came-ra oscura proviene dal suo essere riflessa da un
particolare punto nello spazio ambientale. Un punto
che è ripro-dotto nell'immagine a 2D parte, quindi,
dallo stimolo ( perchè da esso è riflesso)
e passa attraverso un forellino, producendo un'immagine
a 2D ribaltata. Questa situazione dà una proiezione
prospettica.
Per ottenere un' immagine chiara, il forellino deve
essere piccolo; se è troppo grande lascia passare
più luce e l'immagine risulterà sfuocata.
Questo problema può essere risolto utilizzando
lenti convesse, con la fun-zione di dirigere la luce
in entrata in un punto (punto focale). Così,
la lente fornisce un "forellino virtuale"
in prossimità del punto focale, creando un' immagine
nel fondo della camera oscura nitida e chiara, come
col fo-rellino piccolo, però più luminosa
poichè entra più luce attraverso l'apertura.
Alcuni teorici della visione utilizzano il termine proiezione
ortografica al posto di proiezione prospet-tica nel
modello della formazione geometrica delle immagini.
In questo caso l' immagine è concettualizzata
come se fosse formata da raggi luminosi che viaggiano
paralleli l' uno all' altro e perpendicolari al piano
di im-magine, piuttosto che da raggi che convergono
nel forellino.
Per capire la differenza fra i due tipi di proiezione
si consideri cosa accade quando un oggetto è
via via spostato sempre più lontano dal forellino
della proiezione prospettica (fig. 1.2.8). In questa
condizione, i raggi di luce proiettati verso il forellino
diventano via via più paralleli; così,
ad una certa distanza oggetto-forellino i raggi di luce
diventano paralleli, proprio come per una proiezione
ortografica.
Quindi la proiezione ortografica può essere vista
come un particolare tipo di proiezione prospettica che
si realizza quando la distanza oggetto-punto focale
è infinita. La differenza fondamentale è
che un' immagine prospettica di un oggetto a un'infinita
distanza è un singolo punto, mentre la proiezione
ortografica che ne risul-ta è un' immagine spazialmente
estesa.
1.2.3
LA VISIONE COME UN PROBLEMA "INVERSO"
Un altro aspetto della percezione visiva si riferisce
al problema inverso: come ottenere, a partire da immagini
ottiche di scene, la conoscenza di oggetti che le costituiscono.
La ovvia soluzione consiste nel cercare di invertire
il processo di formazione di immagini "disfando"
le trasformazioni ottiche che accadono durante la formazione
di queste immagini. Questo, però, non è
affatto facile.La proiezione dall'ambiente all'immagine
va da 3D a 2D ed è caratterizzata da una funzione
ben definita: ogni punto nell' ambiente esterno mappa
un uni-co punto dell'immagine retinica. Il mappaggio
inverso dall'immagine all'ambiente va da 2D a 3D e non
è carat-terizzato da una funzione ben definita:
ogni punto nell'immagine retinica può identificare
un infinito numero di punti nell'ambiente.
L'indeterminazione delle proiezioni inverse può
essere ben rappresentata dalla figura 1.2.9: una singola
linea (b-a) a livello retinico può essere definita
dalle proiezioni di un infinito numero di linee presenti
nell'am-biente, tutte potenzialmente valide. La ragione
sta nel fatto che il problema inverso è sottospecificato
dai dati sensoriali nell'immagine. Sappiamo, però,
che la percezione in 3D è possibile in modo preciso
perchè il si-stema visivo umano arriva ad effettuarla
con una straordinaria accuratezza in diverse circostanze.
L'approccio dominante nella percezione della tridimensionalità
risulta dal fatto che il sistema visivo fa molte assunzioni
altamente plausibili sulla natura dell' ambiente e sulle
condizioni sotto le quali viene visto. La visione è
un processo euristico in cui le inferenze vengono fatte
in riferimento alle più probabili condizioni
ambientali che possono aver prodotto una data immagine.
Il processo è euristico perchè fa uso
di regole infe-renziali, basate su assunzioni addizionali,
che non sono sempre valide e che qualche volta ci conducono
a con-clusioni erronee (come nel caso delle illusioni
percettive). Nelle situazioni quotidiane, però,
queste assunzioni sono vere e così la normale
percezione è altamente veridica.
1.3
I SISTEMI VISIVI
1.3.1
L' OCCHIO UMANO
Sebbene fin dall' antichità si sapesse che l'occhio
era l' organo deputato alla visione, un' accurata com-prensione
di come esso funzioni si ebbe solo grazie a scoperte
relativamente recenti. La fase moderna dell'ot-tica
fisiologica si suole iniziare col filosofo Alhazen che
fu il primo a vedere una somiglianza tra occhio e ca-mera
oscura. Secondo Alhazen, la visione si realizza quando
la luce proveniente da fonti esterne viene riflessa
da superfici di oggetti ed entra nell'occhio.
OCCHIO
E CERVELLO
Le informazioni ottiche dagli occhi vengono trasmesse
alla corteccia visiva primaria nel lobo occipitale (
figura 1.3.1). Questa informazione viene poi mandata
a molti altri centri visivi localizzati nella corteccia
temporale e parietale posteriore.
Tutto il sistema occhio-cervello deve funzionare correttamente
nell'organismo per estrarre dall' AOA informazioni sicure
e corrette sull'ambiente. Gli occhi devono collezionare
e registrare informazioni contenute nella luce e il
cervello deve processare queste informazioni in modo
che possano essere utilizzate dall' organi-smo.
Alcune persone sono cieche per un danno agli occhi (per
es. alla retina); in questo caso manca la visione perchè
nessuna informazione sulla luce entra nel sistema. Esistono,
però, anche persone che non possono vede-re nonostante
i loro occhi funzionino perfettamente; questo tipo di
cecità, definita vista cieca ( blindsight ),
si realizza in seguito a danni a certe aree critiche
della corteccia visiva. Danni ad altre parti della corteccia
visiva non portano alla vista cieca, ma possono causare
deficit selettivi disabilitanti nella percezione.
ANATOMIA
DELL' OCCHIO
I bulbi oculari sono collocati in prossimità
della linea mediale orizzontale della testa, in cavità
emisferiche del cranio definite cavità orbitarie.
Ogni occhio è mosso dall'uso coordinato di sei
piccoli muscoli, chiamati muscoli extraoculari. I movi-menti
oculari sono necessari per riscontrare aspetti o regioni
diverse del campo visivo senza dover girare tutta la
testa. Come si può vedere nella fig. 1.3.3 esiste
una sovrapposizione di campi visivi monoculari. Nell'
uomo questo è funzionale: la visione binoculare,
infatti, è importante per un' accurata percezione
della profondità.
OTTICA
FISIOLOGICA
Seguiamo l'ingresso di un fotone nell'occhio, per comprendere
meglio come esso è strutturato.
Prima di tutto la luce attraversa la cornea, un rigonfiamento
trasparente sul davanti dell'occhio, dietro il quale
vi è una cavità piena di un liquido chiaro,
chiamato umor acqueo. In seguito passa attraverso la
pupil-la, un' apertura di grandezza variabile al centro
di un diaframma opaco, l' iride, che conferisce all'occhio
il suo colore esterno. Dietro all'iride, la luce passa
attraverso il cristallino, la cui forma è controllata
da muscoli cilia-ri attaccati ad esso. Il fotone poi
viaggia passando attraverso il chiaro umor vitreo, che
riempie la camera cen-trale dell'occhio. Infine, esso
raggiunge la sua destinazione colpendo la retina, la
superficie curva sul fondo dell'occhio. Essa è
coperta da più di cento milioni di fotorecettori
che convertono la luce in segnali nervosi.
La quantità di luce che colpisce la retina è
controllata dall' iride e dalla pupilla, che determinano
situa-zioni di dilatazione e costrizione. Questi fenomeni
sono anche determinati da fattori psicologici e accadono
senza la coscienza del soggetto. Poichè la pupilla
è molto più grande di un "forellino",
la luce deve essere indi-rizzata verso il centro dell'occhio
per essere messa a fuoco sulla retina. La curvatura
della cornea fa molto di questo lavoro, il cristallino
fa il resto. Il cristallino è particolarmente
importante per la sua abilità variabile di messa
a fuoco.
Le proprietà ottiche del cristallino possono
essere alterate dal cambiamento della sua forma, un
proces-so definito accomodazione. Affinchè oggetti
distanti siano messi a fuoco sulla retina, il cristallino
deve assot-tigliarsi; per mettere a fuoco oggetti vicini,
deve inspessirsi. Queste due situazioni si hanno per
l'azione dei mu-scoli ciliari. Le persone miopi riescono
a vedere bene da vicino e male da lontano; questo perchè
le loro lenti si assottigliano troppo rispetto alla
profondità, incrementata, dei loro occhi ( fig.1.3.5
/ C). Al contrario, le persone caratterizzate da ipermetropia
possono vedere bene gli oggetti lontani, male quelli
vicini perchè le loro lenti si assottigliano
troppo (durante il processo di visione) rispetto alla
profondità, ridotta, dei loro occhi. Invecchiando
le lenti perdono la loro elasticità, così
queste non si curvano abbastanza per la visione da vicino;
questa situazione è detta presbiopia.
1.3.2
LA RETINA
Grazie alla retina avviene la conversione della luce
in segnali nervosi e così il cervello può
processare le informazioni ottiche. Per capire come
ciò accade, è necessario considerare,
sinteticamente, gli elementi fon-damentali del cervello
e come essi funzionano.
NEURONI
Il neurone è un tipo di cellula specializzata
che integra l'attività nervosa di altri neuroni
(input) che ad esso so-no connessi e la propaga ad altri
(output). Questo processo di integrazione e trasmissione
è governato da una serie di eventi biochimici
all' interno del neurone stesso.
Ecco come funziona:
· i dendriti sono fini protuberanze del corpo
cellulare che raccolgono segnali chimici da altri neuroni
e li convertono in attività elettrica. Questa
è definita come potenziale graduato e si riferisce
a una differenza elettrica tra il dentro e il fuori
di un dendrite, il cui valore può variare continuamente
all' interno di un certo range.
· il corpo cellulare contiene il nucleo e altri
corpuscoli cellulari. La membrana che circonda il corpo
cellula-re integra i segnali nervosi che arrivano da
tutti i dendriti e li converte in una serie di potenziali
elettrici "tutto o niente" (definiti potenziali
d'azione o spike) che vengono poi propagati lungo l'assone.
· l' assone è una lunga proiezione del
neurone lungo il quale i potenziali d' azione vengono
propagati ad altri neuroni. La maggior parte dei neuroni
sono rivestiti di guaina mielinica che incrementa la
velocità di con-duzione del potenziale d' azione.
Si definisce come "firing rate" (frequenza
di sparo) il numero di impulsi elettrici generati nell'assone
in una data unità di tempo (per es. spikes per
secondo).
· le terminazioni sono le parti finali dell'
assone dove l'attività elettrica dell' assone
è riconvertita in un se-gnale chimico. Grazie
a questo l'assone può stimolare un altro neurone.
Ciò si verifica grazie al rilascio di un neurotrasmettitore.
· la sinapsi è il piccolo spazio che esiste
fra le terminazioni di un neurone e i dendriti di un
altro. Qui viene rilasciato
il neurotrasmettitore.
Nel sistema visivo i fotorecettori sono cellule specializzate
della retina che sono stimolate da energia luminosa
e, attraverso un processo complesso, determinano una
risposta neurale.
Questo processo iniziale che avviene a livello di retina
viene mediato anche da altri tipi di neuroni come le
cel-lule orizzontali, bipolari, amacrine e le gliari.
Gli assoni di queste ultime, che vanno a costituire
il nervo ot-tico, portano l'informazione fuori dall'occhio,
ai centri visivi del cervello.
FOTORECETTORI
Nella retina ci sono due classi distinte di fotorecettori:
i coni e i bastoncelli (fig. 1.3.9).
I bastoncelli sono più numerosi (circa 120 milioni),
estremamente sensibili alla luce e presenti in tutta
la retina tranne al centro; sono usati per la visione
nelle condizioni con bassi livelli di luce ( condizioni
scoto-piche). I coni sono meno numerosi ( "solo"
8 milioni ), meno sensibili alla luce e maggiormente
concentrati al centro della retina; sono responsabili
delle nostre esperienze visive nelle condizioni con
livelli normali di luce (condizioni fotopiche). Al centro
della retina c'è una piccola regione, chiamata
fovea, che contiene quasi esclu-sivamente coni; essa
copre un angolo visivo di soli 2 gradi. La fovea è
molto importante: infatti, è proprio qui che
sia il colore sia la visione spaziale sono più
acuti.
I coni e i bastoncelli sono entrambi formati da due
porzioni (fig. 1.3.10) : il segmento interno, che con-tiene
il nucleo e altri organuli cellulari, e il segmento
esterno, che contiene bilioni di molecole di fotopig-menti.
Il pigmento contenuto dai bastoncelli, la rodopsina,
converte la luce in energia elettrochimica.
Quando un fotone colpisce una molecola di rodopsina
e viene assorbito da essa, la molecola cambia forma
e con essa cambia anche il flusso della corrente elettrica
dentro e attorno alla molecola pigmentale. Ciò
produce cambiamenti elettrici nella membrana esterna
del recettore, i quali saranno propagati alle regioni
si-naptiche; quindi i trasmettitori chimici influenzeranno
il neurone successivo. In termini quantitativi, la rispo-sta
graduata del fotorecettore è una funzione logaritmica
del numero di fotoni assorbiti: ciò significa
che quan-do vengono assorbiti pochi fotoni, pochi cambiamenti
nell' input producono molti cambiamenti nell' output;
quando, invece, vengono assorbiti molti fotoni, molti
cambiamenti nell' input producono pochi cambiamenti
nell' output ( figura 1.3.11).
Questa complessa catena di eventi, che avviene nel segmento
esterno, è chiamata schiarimento del pigmento;
infatti, i cambiamenti nella forma della molecola provocano
anche cambiamenti nel colore. La molecola di rodopsina
è inizialmente di color porpora, poi, assorbendo
luce, diventa trasparente; una volta schiarita, la molecola
pigmento viene riportata al suo colore originario dall'azione
di enzimi nell'epitelio pig-mentale dietro la retina.
Questi cambiamenti di colore possono essere misurati
negli occhi degli esseri umani con un processo chiamato
densito-metria retinica. Grazie a questo processo può
essere determinato il tasso con cui avviene la rigenerazione
totale del pigmento: circa 30 min. nei bastoncelli e
circa 6 min. nei coni. Queste differenze nel tempo di
rigenerazione sono il risultato di un diverso corso
di adattamento al buio. Lo sviluppo dell'adattamen-mento
al buio viene misurato obiettivamente trovando la soglia
assoluta dell'osservatore in tempi diversi, dopo che
l'osservatore è stato messo in una stanza buia.
L'intensità della più debole luce visibile
è funzione di quanto tempo l'osservatore è
rimasto nella condizione di buio. La fig. 1.3.12 mostra
la funzione di adattamento al buio, ovvero il fatto
che la curva della soglia decresce nel tempo: quanto
più tempo l' osservatore è rimasto al
buio, tanto più debole è lo stimolo che
può essere da lui visto. Questo decremento, però,
non è omogeneo; ci sono, infatti, due parti distinte:
una che va da 0 a 8/10 min. e l'altra da 10 a 40 min..
Queste due parti riflettono i di-versi tempi di adattamento
al buio dei coni e dei bastoncelli.
PARTICOLARITA'
DELLA STRUTTURA RETINICA
I recettori sono l'ultimo strato della retina (fig.1.3.7).
Sia i coni che i bastoncelli sono direzionati all'indietro;
il segmento esterno (sensibile alla luce) è la
par-te della cellula recettrice che più dista
dalla luce in entrata. Probabilmente, il motivo di questa
cosa un po' illo-gica è il fatto che gli enzimi
che servono per la rigenerazione del pigmento sono contenuti
nell'epitelio pigmen-tale, il quale è opaco.
Fortunatamente, le cellule retiniche e gli assoni che
stanno davanti ai recettori sono abba-stanza trasparenti,
quindi la qualità ottica dell'immagine non soffre
nel modo in cui ci si poterebbe aspettare. Oltre
alle (quasi) trasparenti cellule retiniche che stanno
sul percorso della luce in entrata, ci sono mol-ti vasi
sanguigni che nutrono la retina. Anche se questi vasi
sono scuri, noi non li vediamo perchè il cervello
si adatta alla loro presenza e completa le parti dell'immagine
dove i vasi gettano la loro ombra.
Un' altra curiosità anatomica dell'occhio è
la macula caeca, ossia il punto dove le cellule gangliari
lasciano l'occhio per andare nel nervo ottico. La macula
caeca non contiene alcun recettore, ma neppure ciò
provoca cecità in quest'area. Infatti, le maculae
caecae sono posizionate in modo che i recettori di un
occhio re-gistrino ciò che è stato tralasciato
dalla macula dell'altro occhio. Inoltre, il sistema
visivo completa le immagi-ni, proprio come succede nel
caso dei vasi sanguigni. Un modo per "scoprire"
la macula caeca è quello di co-prirsi l'occhio
destro e osservare la fig. 1.3.14; bisogna guardare
con l'occhio sinistro la croce e pian piano al-lontanare
la faccia dal libro fino alla distanza di nove pollici:
la macchia a sinistra "scomparirà".
Sono i proces-si più alti del nostro cervello,
probabilmente a livello della corteccia visiva, a completare
il campo visivo cor-rispondente alla macula caeca con
l'ausilio di informazioni appropriate; il risultato
di ciò è che, in alcuni casi, ciò
che vediamo non è sempre ciò che ci viene
trasmesso.
Un altro particolare della fisiologia della retina riguarda
la codifica delle informazioni che riguardano l'intensità
della luce. Dato che il compito dell'occhio è
di trasformare la luce in risposte neurali, l'aspettativa
naturale è che i recettori dei vertebrati non
rispondano al buio e che ci sia un aumento nel loro
output sinaptico all'aumentare dell'intensità
della luce. In realtà succede proprio il contrario:
la risposta a un flash di luce è cor-relata a
un decremento dell'attività neurale dei recettori.
Ciò che conta, comunque, è il fatto che
l'attività neura-le preservi l'informazione dell'
intensità di luce e allora il compito può
essere realizzato, ugualmente bene, sia da correlazioni
positive sia da correlazioni negative tra l'attività
neurale e l'intensità della luce.
Negli invertebrati, invece, i recettori lavorano in
modo opposto ( e più ovvio da un punto di vista
intuitivo): au-mentano la risposta di fronte a incrementi
dell'intensità della luce.
VIE
VERSO IL CERVELLO
Gli assoni delle cellule gangliari lasciano l'occhio
per mezzo del nervo ottico che arriva fino al chiasma
ottico. Nel chiasma ottico le fibre che partono dalla
porzione nasale della fovea di entrambi gli occhi si
incro-ciano e passano nella parte opposta del cervello,
mentre quelle che partono dalla porzione temporale rimango-no
nello stesso lato ( emidecussazione; fig. 1.3.15). Quindi,
l'informazione che arriva dall'emicampo visivo sini-stro
va nell'emisfero destro del cervello, mentre l'informazione
che arriva dall'emicampo destro va nell'emisfe-ro sinistro.
Dopo il chiasma ottico vi sono due sentieri separati:
· quello più piccolo (solo una piccola
percentuale) arriva fino ai collicoli superiori che
processano l'informa-zione riguardo alla localizzazione
degli oggetti nel mondo e sono coinvolti nel controllo
dei movimenti degli occhi
· quello più grande passa prima nel nucleo
genicolato laterale (LGN) per poi arrivare nella corteccia
occi-pitale (corteccia visiva primaria).
1.3.3
CORTECCIA VISIVA
Ci sono due caratteristiche macroscopiche che riguardano
la corteccia umana:
· è piena di circonvoluzioni che permettono
di inserire un ampio lenzuolo di corteccia in un cranio
piccolo e non flessibile
· è divisa in due emisferi cerebrali che
sono approssimativamente simmetrici.
LOCALIZZAZIONE
DI FUNZIONI
Localizzazionismo o antilocalizzazionismo? Le diverse
facoltà mentali sono localizzabili in diverse
regioni ana-tomiche oppure tutte le funzioni sono distribuite
in tutto il cervello?
La frenologia dà un primo supporto pseudoscientifico
alla tesi del localizzazionismo. I frenologi pensa-vano
che la grandezza dei bernoccoli sul cranio delle persone
indicasse l'ampiezza e lo sviluppo delle strutture e
delle funzioni del cervello; come risultato si ebbero
bizzarre mappe frenologiche (fig. 1.3.16) che indicavano
la posizione di ogni funzione mentale.
Un supporto scientifico al concetto di localizzazionismo
non è apparso fino alla fine del XIX secolo,
quando
s' incominciarono a studiare in modo sistematico gli
effetti dei danni cerebrali.
Grazie all'ausilio delle analisi post-mortem i medici
sono riusciti a scoprire che certi tipi di deficit erano
stret-tamente correlati all' aver danneggiate specifiche
regioni cerebrali; ad es. sono state osservate varie
disfunzioni visive in presenza di un danno a livello
delle aree posteriori del cervello, soprattutto a livello
del lobo occipi-tale (fig. 1.3.2).
Ci fu, però, ancora un'ampia controversia sul
fatto se ci sia o meno localizzazionismo delle funzioni.
Karl Lashley (1929), con i suoi studi sui ratti nei
labirinti, concluse che le memorie non potessero essere
loca-lizzate e, in alternativa, propose che fossero
distribuite più o meno ugualmente in tutto il
cervello.
L'evidenza sempre più supporta l'ipotesi del
localizzazionismo. Nella corteccia visiva delle scimmie
sono state identificate più di 30 diverse aree
visive. I centri visivi più noti e più
conosciuti si trovano nei lobi occipitale, parietale
e temporale della corteccia (fig. 1.3.2).
CORTECCIA
OCCIPITALE
Il primo passo nel processamento corticale dell'inforazione
visiva avviene nella corteccia striata.
Questa porzione del lobo occipitale riceve gli input
dall' LGN nella stessa parte del cervello, perciò
l'input visivo della corteccia striata, come quello
dell' LGN, è completamente incrociato: il campo
visivo sini-stro proietta alla corteccia striata di
destra e il campo visivo di destra proietta alla corteccia
striata di sinistra (fig. 1.3.15).
Entrambi i lati sono attivati da una striscia centrale
verticale, che misura 1 grado di angolo visivo in ampiezza,
che separa le due parti del campo visivo. Le cellule
in un lato del cervello che sono sensibili a questa
striscia sono connesse alle corrispondenti cellule nell'
altro lato del cervello attraverso il corpo calloso,
che è il tratto di fibra che permette la comunicazione
tra i due emisferi cerebrali.
La mappatura che va dalla retina alla corteccia striata
è topografica, nel senso che le regioni vicine
della retina proiettano alle regioni vicine della corteccia
striata. Questa trasformazione preserva le relazioni
spazia-li qualitative, però distorce quelle quantitative.
La fig. 1.3.15 rappresenta l'approssimativa distorsione
prodotta da questa trasformazione topografica: l'area
centrale del campo visivo, che cade sopra o vicino alla
fovea, rice-ve una rappresentazione nella corteccia
più grande rispetto alla periferia. Questo è
chiamato il fattore di in-grandimento corticale e riflette
il fatto che noi abbiamo informazioni spaziali più
dettagliate degli oggetti che cadono nelle regioni centrali
della retina rispetto a quelle che cadono nelle regioni
periferiche. Ciò significa che gli oggetti sui
quali abbiamo puntato il nostro focus sono percepiti
come più dettagliati.
Gli output della corteccia striata si proiettano in
molte aree della corteccia visiva, incluse altre aree
del lobo occipitale come anche alcune aree dei lobi
parietale e temporale. Differenti aree sono coinvolte
in diversi tipi di processamento visivo. Una delle importanti
caratteristiche, che marcano queste aree come "visive",
è che sono organizzate topograficamente, rispettando
la localizzazione della retina.
CORTECCIA
PARIETALE E CORTECCIA TEMPORALE
( Fig. 1.3.17 /A ). Da degli studi condotti sulle scimmie
sembra che i centri temporali inferiori del sistema
ven-trale siano coinvolti nell' identificazione degli
oggetti, mentre i centri parietali del sistema dorsale
nella loca-lizzazione degli oggetti.
Questi due processi sono spesso chiamati, rispettivamente,
il sistema del "cosa"e il sistema del"dove".
Più recentemente è stato suggerito che
il sentiero parietale sia alla base del comportamento
motorio guidato nello spazio, come il raggiungere e
l'afferrare (sistema del come).
In ogni caso, sembra inevitabile che questi due tipi
d'informazione vengano a interagire da qualche parte
nel cervello, formando così la connessione del
"cosa-dove", anche se ancora non si sa dove
ciò avvenga. Un candi-dato è il lobo frontale,
dato che riceve proiezioni da entrabi i lobi (parietale
e temporale).
Le persone con un danno in certe aree della loro corteccia
temporale esibiscono l'agnosia visiva: un de-ficit nell'identificazione
di certi tipi di oggetti attraverso la visione. Un tipo
di agnosia visiva è specifica per le facce; quando
c'è questo disturbo la persona non riconosce
nessuno attraverso la vista, però lo fa immediata-mente
quando sente la loro voce. Ciò è facilmente
spiegabile in termini di un danno a livello del sentiero
ven-trale, ovvero del sistema del "cosa".
Alcuni pazienti con un danno a livello del lobo parietale
soffrono di una sindrome chiamata negligenza unilaterale.
Una delle sue caratteristiche più importanti
è l'apparente inabilità a prestare attenzione
agli oggetti che si trovano nell' emicampo visivo opposto
all' emisfero danneggiato. Sembra possibile che questa
sindrome sia provocata da un danno a livello del sistema
del "dove".
MAPPATURA
DELLA CORTECCIA VISIVA
Gran parte della corteccia visiva negli umani e nei
primati è nascosta dalle pieghe della corteccia.
La figura 1.3.18 mostra una corretta rappresentazione
anatomica della localizzazione e dell'organizza-zione
di qualcuna delle principali aree della corteccia visiva
(da V1 fino a V5). Queste sono solo alcune delle aree
visive; infatti, molte giacciono lontane dalla corteccia
visiva primaria.
La figura 1.3.19 è una mappa anatomica distorta,
dove la circonvoluta superficie della corteccia è
stata distesa in modo da mostrare quelle aree che sono
nascoste dai solchi corticali. Qui si vede che il processamen-to
visivo occupa la metà della parte posteriore
della corteccia.
Il primo passo corticale del processamento visivo è
la corteccia visiva primaria o l' area V1 ( o cor-teccia
striata ), che è la più grande e si trova
nel punto più posteriore del lobo occipitale;
essa riceve gran parte delle proiezioni ascendenti dall'
LGN ed è responsabile delle prime operazioni
del processamento visivo.
Oggigiorno è abbastanza chiaro che un' ampia
parte del processamento avviene in parallelo attraverso
diverse aree; ogni regione proietta le fibre ad altre
aree, ma non a tutte. La fig.1.3.20 mostra alcune delle
con-nessioni dirette conosciute. Le connessioni sono
generalmente bidirezionali: se l'area x proietta all'
area y, allo-ra l'area y proietta all'indietro all'area
x. Le proiezioni che vanno nelle due diverse direzioni
non sono comple-tamente simmetriche e inoltre si originano
e terminano in diversi strati della corteccia.
La corteccia cerebrale ha una struttura laminare, ovvero
è formata da diversi strati. La corteccia visi-va
è formata da sei principali strati definiti anatomicamente,
con alcuni substrati definiti dall'evidenza fisiolo-gica.
Il quarto strato sembra essere lo strato dell' input
per le proiezioni ascendenti ( in avanti ) dalle parti
più basse del sistema nervoso. Questo è
certamente vero per l'area V1, dove le fibre ascendenti
dall' LGN fanno sinapsi principalmente nel quarto strato.
Per le altre aree corticali è meno chiaro quali
proiezioni siano in avan-ti e quali all'indietro o discendenti.
In una direzione le proiezioni si originano sistematicamente
negli strati superficiali della corteccia e ter-minano
principalmente nel quarto strato (fig. 1.3.21/A). Queste
sono chiamate proiezioni in avanti (per l'analo-gia
con quelle che arrivano dall' LGN). Le proiezioni nella
direzione opposta, chiamate all'indietro o connessio-ni
feedback, si originano e terminano tipicamente all'esterno
dello strato n° 4 (fig. 1.3.21/B). Questa distinzione
tra le connessioni forward e feedback è stata
usata per definire il diagramma gerarchico della figura
1.3.20.
Una correlazione molto chiara si ha tra il livello della
cellula nella gerarchia anatomica e la dimensione della
regione della retina dalla quale riceve le informazioni.
Le cellule che stanno nei livelli più bassi nella
gerarchia corticale ricevono gli input da delle piccole
aree retiniche. Per esempio, le cellule nell' area V1
pos-sono essere attivate dalla stimolazione delle aree
della fovea retinica entro 0.1-0.5 gradi dell' angolo
visivo; nell'area V2 sono tipicamente 0.5-1.0 grado,
e così via.
L'
IPOTESI FISIOLOGICA DELLE VIE VISIVE
Un' ulteriore relazione tra la struttura anatomica e
la funzione fisiologica è emersa durante l'ultimo
decennio.
L' ipotesi è che ci siano vie neurali separate
per il processamento delle informazioni che riguardano
di-verse proprietà visive come il colore, la
forma, la profondità e il movimento. Quest' idea
deriva da diversi studi che hanno suggerito il fatto
che diverse aree della corteccia siano specializzate
per il processamento di di-verse proprietà.
Livingstone e Hubel (1987) propongono che queste quattro
informazioni vengano processate da diffe-renti vie neurali
che avanzano dalla retina in poi. Ci sono differenze
a partire dall' esistenza di due classi di cellule gangliari
( una per il colore e la forma, l'altra per la profondità
e il movimento) fino all' LGN e da qui l'esistenza di
proiezioni a diverse subregioni distinte dell' area
V1 e V2 ( fig. 1.3.22). Queste aree poi proiettano a
distinte aree dei livelli più alti della corteccia:
il movimento e la profondità stereoscopica all'area
V5 (anche chiamata MT, corteccia medio-temporale), il
colore all' area V4 e la forma attraverso alcuni centri
intermedia-li, inclusa V4, fino all'area IT (corteccia
infero-temporale). Da queste aree i sentieri della forma
e del colore si proietterebbero al sistema ventrale
del "cosa" per l'identificazione degli oggetti
e i sentieri della profondità e del
movimento al sistema dorsale del "dove" per
la localizzazione degli oggetti.
La natura del processamento visivo nelle aree più
alte della corteccia è meno chiara di quella
dell'area V1. L'analisi del movimento nell'area MT fornisce
l'output all'area MST (corteccia temporo-mediale superio-re)
e ad alcune altre aree parietali. Anche qui, però,
ben poco si sa di quale tipo di processamento specifico
si tratti.
L' utilizzo di tecniche di brain-imaging, come la PET
e la RMI, permette di avere delle informazioni molto
utili sulla localizzazione delle funzioni visive negli
esseri umani.
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