La cromostereopsis es una ilusión visual mediante la cual la impresión de profundidad se transmite en imágenes de color bidimensionales , generalmente de colores rojo-azul o rojo-verde, pero también se puede percibir con imágenes rojo-gris o azul-gris. [1] [2] Tales ilusiones se han informado durante más de un siglo y generalmente se han atribuido a alguna forma de aberración cromática . [3] [4] [5] [6] [7]
La aberración cromática es el resultado de la refracción diferencial de la luz según su longitud de onda , lo que hace que algunos rayos de luz converjan antes que otros en el ojo (aberración cromática longitudinal o LCA) y / o se ubiquen en ubicaciones no correspondientes de los dos ojos durante la visualización binocular. (aberración cromática transversal o TCA).
La cromostereopsis se suele observar utilizando un objetivo con barras rojas y azules y un fondo acromático . La cromostereopsis positiva se exhibe cuando las barras rojas se perciben frente al azul y la cromostereopsis negativa se exhibe cuando las barras rojas se perciben detrás del azul. [8] Se han propuesto varios modelos para explicar este efecto que a menudo se atribuye a aberraciones cromáticas longitudinales y / o transversales. [6] Sin embargo, un trabajo reciente atribuye la mayor parte del efecto estereóptico a aberraciones cromáticas transversales en combinación con factores corticales. [1] [5] [7]
Se ha propuesto que la cromostereopsis podría tener implicaciones evolutivas en el desarrollo de manchas oculares en ciertas especies de mariposas.
Las diferencias percibidas en la potencia óptica del color abarcan aproximadamente 2 dioptrías (azul: -1,5, rojo +0,5). [9] [10] El efecto puede parecer mucho más pronunciado cuando se ven imágenes adecuadas mientras se usan los anteojos necesarios para corregir la miopía, y el efecto desaparece casi por completo cuando se quitan los anteojos.
Historia
Se postula que algunos artistas de vidrieras pueden haber sido conscientes de este efecto, utilizándolo para generar imágenes de color que avanzan o retroceden, a veces denominadas "cálidas" y "frías". [ cita requerida ]
Hace más de dos siglos, Goethe notó por primera vez el efecto de la percepción de la profundidad del color en su Farbenlehre ( Teoría de los colores ) en la que reconoció el azul como un color que retrocede y el amarillo / rojo como un color que sobresale. Argumentó que, "como vemos el cielo alto, las montañas lejanas, como azul, de la misma manera que un campo azul parece retroceder ... (también) Uno puede mirar fijamente un campo perfectamente amarillo / rojo, entonces el color parece desaparecer. perforar en el órgano ". [11] Este fenómeno, ahora conocido como cromostereopsis, o efecto estereóptico, explica la ciencia visual detrás de este efecto de profundidad de color y tiene muchas implicaciones para el arte, los medios, la evolución , así como nuestra vida diaria en cómo percibimos los colores y objetos.
Aunque Goethe no propuso ningún razonamiento científico detrás de sus observaciones, a finales de la década de 1860, Bruecke y Donders sugirieron por primera vez que el efecto cromostereóptico se debía a la conciencia acomodativa, dado que la óptica ocular no es acromática y los objetos rojos requieren más acomodación para enfocarse en la retina. . Esta noción de acomodación podría traducirse entonces en percepción de distancia. Sin embargo, lo que Donders y Bruecke pasaron por alto originalmente en su teoría es la necesidad de la observación binocular para producir cromostereopsis. Más tarde, desviándose de la conciencia acomodativa, Bruecke propuso que la aberración cromática, junto con el efecto fuera del eje temporal de la pupila, puede explicar el efecto cromostereóptico. Es esta hipótesis la que todavía constituye la base de nuestra comprensión actual de la cromostereopsis. [11]
A lo largo de los años, el análisis del arte ha proporcionado una amplia evidencia del efecto cromostereóptico, pero hasta hace unos treinta años se sabía poco sobre la explicación neurológica, anatómica y / o fisiológica detrás de los fenómenos. Por ejemplo, en 1958, el historiador de arte holandés De Wilde señaló que al analizar la pintura del pintor cubista Leo Gestel "El poeta Rensburg", en lugar de utilizar las señales de profundidad graduadas convencionales, "si pones violeta junto al amarillo o verde junto al naranja, la el violeta y el verde retroceden. En general, los colores cálidos se adelantan y los colores fríos retroceden ". [11] En este sentido, el efecto cromostereóptico da plasticidad a las formas y permite la percepción de profundidad a través de la manipulación del color.
Naturaleza binocular de la cromostereopsis.
La naturaleza binocular de la cromostereopsis fue descubierta por Bruecke y surge debido a la posición de la fóvea con respecto al eje óptico. La fóvea está ubicada temporalmente al eje óptico y, como resultado, el eje visual atraviesa la córnea con una excentricidad horizontal nasal , lo que significa que el rayo medio destinado a la fóvea debe sufrir una desviación prismática y, por lo tanto, está sujeto a dispersión cromática . La desviación prismática está en direcciones opuestas en cada ojo, lo que resulta en cambios de color opuestos que conducen a un cambio en la profundidad estereóptica entre los objetos rojos y azules. El excéntrico sistema receptivo foveal, junto con el efecto Stiles-Crawford , funcionan en direcciones opuestas entre sí y se cancelan aproximadamente, ofreciendo otra explicación de por qué los sujetos pueden mostrar estereoscopía de color "contra la regla" (una inversión de los resultados esperados). [11]
Efecto de reversión
La evidencia del efecto estereóptico suele ser bastante fácil de ver. Por ejemplo, cuando el rojo y el azul se ven uno al lado del otro en un entorno oscuro, la mayoría de la gente verá el rojo como "flotando" frente al azul. Sin embargo, esto no es cierto para todos, ya que algunas personas ven lo contrario y otras no tienen ningún efecto. Este es el mismo efecto que tanto Goethe como De Wilde habían indicado en sus observaciones. Mientras que la mayoría de la gente verá el rojo como "flotando" frente al azul, otros experimentan una inversión del efecto en el que ven el azul flotando frente al rojo, o ningún efecto de profundidad en absoluto. Si bien esta inversión puede parecer que desacredita la cromostereopsis, no es así y, en cambio, como lo propuso originalmente Einthoven , puede explicarse por un aumento en el efecto y la posterior inversión mediante el bloqueo de la posición excéntrica de la pupila con respecto al eje óptico. [11] La naturaleza diversa del efecto cromoestereóptico se debe a que el efecto de profundidad de color está estrechamente relacionado con factores tanto ópticos como perceptivos. En otras palabras, ni los factores ópticos ni los perceptuales pueden tomarse por insolación para explicar la cromostereopsis. Este componente multifactorial de la cromostereopsis ofrece una explicación de la reversión del efecto en diferentes personas que reciben las mismas señales visuales. [2]
Verhoeff observó otro efecto de inversión interesante en 1928 en el que las barras rojas se percibían más alejadas y las barras azules sobresalían cuando las barras se emparejaban sobre un fondo blanco en lugar de un fondo negro. Verhoeff propuso que esta inversión paradójica puede entenderse en términos de los contornos de luminancia de la pupila (ver: Contornos ilusorios ). La pupila tiene líneas de eficiencia luminosa constante, y cada línea subsiguiente marca una disminución del 25% en la eficiencia. Alrededor de 1998, Winn y sus colaboradores confirmaron la interpretación de Verhoeff de esta inversión mediante experimentos sobre fondos de diferentes colores. [11] Otra investigación también ha sugerido que los cambios en el contraste de los bordes podrían conducir a una inversión de la profundidad del color con el cambio de fondos negros a blancos. [2]
En 1933, Stiles y Crawford descubrieron que la sensibilidad a la luz de la fóvea difiere significativamente para los rayos que ingresan al ojo a través del centro de la pupila frente a los rayos que ingresan desde sus regiones periféricas . Observaron que la regla habitual de "intensidad multiplicada por la apertura " no se aplicaba en la visión foveal y que los rayos que entraban al ojo a través de las regiones periféricas de la pupila eran menos eficientes en aproximadamente un factor de cinco. Este efecto ahora se conoce como efecto Stiles-Crawford y también tiene implicaciones para el efecto cromostereóptico inverso. [11]
Teoría
En 1885, Einthoven propuso una teoría que afirma: "El fenómeno (cromostereopsis) se debe a la diferencia cromática de magnificación , pues como, por ejemplo, los rayos azules son refractados más que los rojos por el medio ocular, sus focos no solo se encuentran en diferentes niveles (aberración cromática) pero forman diferentes ángulos con el eje óptico, y así estimularán puntos dispares. De ello se deduce que los individuos con pupilas temporalmente excéntricas ven rojo frente a azul, mientras que con pupilas nasalmente excéntricas el relieve se invierte ". [12] Einthoven explicó por primera vez la aberración cromática en el ojo, lo que significa que los ojos no enfocarán todos los colores al mismo tiempo. Dependiendo de la longitud de onda , el punto focal en los ojos varía. Concluyó que la razón por la que las personas ven rojo frente al azul es porque la luz con diferentes longitudes de onda se proyecta en diferentes partes de la retina. Cuando la visión es binocular, se crea una disparidad que provoca la percepción de profundidad. Dado que el rojo se enfoca temporalmente, parece estar al frente. Sin embargo, bajo visión monocular, este fenómeno no se observa. [12]
Sin embargo, Bruecke objetó la teoría de Einthoven basándose en que no todas las personas ven el rojo como más cercano que el azul. Einthoven explicó que esta cromostereopsis negativa probablemente se deba a pupilas colocadas excéntricamente porque mover la pupila puede cambiar la posición de donde se enfocan las longitudes de onda de luz en el ojo. La cromostereopsis negativa fue estudiada más a fondo por Allen y Rubin, quienes sugirieron que cambiar el ángulo entre el centro pupilar y el eje visual puede cambiar la dirección de la cromostereopsis. Si el centro pupilar está ubicado temporal al eje visual, el rojo aparecerá más cerca. El efecto inverso se observa cuando el centro pupilar es nasal al eje visual. [11]
Efecto Stiles-Crawford
Investigaciones recientes han intentado ampliar la base de la teoría cromostereóptica tradicional, incluido el trabajo realizado por Stiles y Crawford. En 1933, Stiles y Crawford descubrieron accidentalmente que la sensibilidad a la luz era diferente para los rayos que entraban por el centro y los que entraban por las regiones periféricas del ojo. La eficiencia de los rayos es menor cuando los rayos ingresan a través de la región periférica porque la forma de las células del cono que recolectan los cuantos incidentes es diferente de los receptores del cono en el centro del ojo. Este efecto puede causar cromostereopsis tanto positivas como negativas dependiendo de la posición de la pupila. Si la pupila está centrada en el eje óptico, causa cromostereopsis positiva. Sin embargo, si la pupila está significativamente descentrada del eje óptico, se producirán cromostereopsis negativas. Debido a que la mayoría de las personas tienen un punto de máxima eficiencia luminosa que está descentrado, los efectos Stiles-Crawford generalmente tendrán efectos cromostereópticos antagónicos . Por lo tanto, en lugar de ver el rojo frente al azul, el azul se verá frente al rojo y el efecto se revertirá. El efecto Stiles-Crawford también explica por qué la cromostereopsis positiva disminuye cuando se reduce la iluminación. Con una iluminación más baja, la dilatación de la pupila aumenta la región periférica pupilar y, por lo tanto, aumenta la magnitud del efecto Stiles-Crawford. [11]
Aberración cromática
Se cree que la percepción de profundidad estereóptica obtenida a partir de imágenes bidimensionales rojo y azul o rojo y verde se debe principalmente a aberraciones cromáticas ópticas . [1] Las aberraciones cromáticas se definen como tipos de distorsiones ópticas que se producen como consecuencia de las propiedades de refracción del ojo. Sin embargo, otros factores [ópticos], características de la imagen y factores de percepción también influyen en los efectos de la profundidad del color en condiciones de visualización naturales. Además, las propiedades de textura del estímulo también pueden influir. [2]
Newton demostró por primera vez la presencia de aberración cromática en el ojo humano en 1670. Observó que los rayos de luz incidentes aislados dirigidos a una tarjeta opaca sostenida cerca del ojo golpean las superficies refractantes del ojo de manera oblicua y, por lo tanto, se refractan fuertemente . Debido a que los índices de refracción (ver: Índice de refracción ) varían inversamente con la longitud de onda, los rayos azules (longitud de onda corta) se refractarán más que los rayos rojos (longitud de onda larga). Este fenómeno se denomina dispersión cromática y tiene importantes implicaciones para el rendimiento óptico del ojo, incluido el efecto estereóptico . Por ejemplo, Newton notó que tal dispersión cromática hace que los bordes de un objeto blanco se tiñen de color. [13]
Los relatos modernos de aberraciones cromáticas dividen las aberraciones cromáticas oculares en dos categorías principales; aberración cromática longitudinal (LCA) y aberración cromática transversal (TCA). [13]
Aberración cromática longitudinal
LCA se define como la "variación de la potencia de enfoque del ojo para diferentes longitudes de onda". [13] Esta diferencia cromática varía de aproximadamente 400 nm a 700 nm en todo el espectro visible. [13] En LCA, las propiedades de refracción del ojo hacen que los rayos de luz de longitudes de onda más cortas, como el azul, converjan antes que los colores de longitudes de onda más largas.
Aberración cromática transversal
El TCA se define como la variación de ángulo entre los rayos principales refractados para diferentes longitudes de onda. Los rayos principales , en este caso, se refieren a los rayos de una fuente puntual que pasa por el centro de la pupila. A diferencia de la LCA, la TCA depende de la ubicación del objeto en el campo visual y la posición de la pupila dentro del ojo. La ubicación del objeto determina el ángulo de incidencia de los rayos seleccionados. Según la ley de refracción de Snell , este ángulo de incidencia determina posteriormente la cantidad de dispersión cromática y, por lo tanto, la ubicación de las imágenes retinianas para diferentes longitudes de onda de luz. [13] En TCA, diferentes longitudes de onda de luz se desplazan en posiciones retinianas no correspondientes de cada ojo durante la visualización binocular. El efecto cromostereóptico generalmente se atribuye a la diferencia interocular en el TCA. Los efectos de profundidad inducidos por el color debido al TCA solo se pueden percibir en imágenes que contienen información acromática y un solo color no acromático. [2] La amplitud de la profundidad percibida en una imagen debido al efecto estereóptico se puede predecir a partir de la cantidad de TCA inducido. En otras palabras, a medida que aumenta la distancia pupilar del eje acromático foveal, también aumenta la profundidad percibida.
Implicaciones de las aberraciones cromáticas.
Las aberraciones cromáticas longitudinales y transversales trabajan juntas para afectar la calidad de la imagen retiniana. Además, el desplazamiento de la pupila del eje visual es fundamental para determinar la magnitud de la aberración en condiciones de visualización naturales. [13] En la cromostereopsis, si las pupilas de los dos ojos se desplazan temporalmente del eje visual, los rayos azules de una fuente puntual se cruzarán con las retinas del lado nasal de los rayos rojos de la misma fuente. Esta disparidad ocular inducida hace que los rayos azules parezcan provenir de una fuente más distante que los rayos rojos.
Importancia evolutiva
La cromostereopsis también puede tener implicaciones evolutivas para los depredadores y las presas , lo que le da un significado histórico y práctico. La posible evidencia del significado evolutivo de la cromostereopsis se da en el hecho de que la fóvea se ha desarrollado en los ojos laterales de los animales cazados para tener un ángulo muy grande entre el eje óptico y el eje visual para alcanzar al menos algún campo de visión binocular. Para estos animales cazados, sus ojos sirven para detectar animales depredadores, lo que explica su posición lateral para darles un campo de visión panorámico completo . Por el contrario, este desarrollo foveal observado es opuesto en los depredadores y en los primates. Los depredadores y primates dependen principalmente de la visión binocular y, por lo tanto, sus ojos se desarrollaron para tener una posición frontal. El ángulo entre su eje óptico y visual, por lo tanto, puede reducirse a valores casi insignificantes, unos cinco grados en humanos). [11]
Las mariposas también pueden haber aprovechado evolutivamente las cromostereopsis para desarrollar patrones distintivos de "ojos", que se presentan en sus alas. Estas manchas oculares pueden aparecer hacia adelante o hacia atrás en profundidad según su patrón de color, produciendo un efecto de ojos que sobresalen o retroceden, respectivamente. La selección natural puede haber desarrollado estos esquemas de color y textura porque produce la ilusión de ojos que sobresalen o retroceden de organismos mucho más grandes que la mariposa real, manteniendo a raya a los depredadores potenciales. [2]
Otro ejemplo evolutivo de cromostereopsis proviene de la sepia . Se ha sugerido que las sepias estiman la distancia de la presa a través de la estereopsis . Evidencia adicional sugiere que su elección de camuflaje también es sensible a la profundidad visual basada en los efectos de profundidad inducidos por el color. [14]
Métodos de prueba
Se han empleado muchos métodos diferentes de prueba para ver los efectos de la cromostereopsis en la percepción de profundidad en humanos. El progreso tecnológico ha permitido pruebas precisas, eficientes y más concluyentes, en relación con el pasado, donde los individuos simplemente observarían la ocurrencia.
En un método, se probaron veinticinco sujetos de control utilizando efectos de profundidad basados en el color mediante el uso de cinco pares de cuadrados de diferentes colores. Los diferentes colores fueron azul, rojo, verde, cian y amarillo. Los sujetos se colocaron en una habitación oscura y los estímulos cuadrados de colores se presentaron durante 400 milisegundos cada uno, y durante este tiempo se pidió a los sujetos que prestaran atención al cuadrado derecho o izquierdo (equilibrado uniformemente entre los sujetos). Usando un joystick , el sujeto indicó si el cuadrado estaba detrás, delante o en el mismo plano que su par. Según la teoría, cuanto más larga sea la longitud de onda del color, más cerca debería ser percibido por el observador en busca de cromostereopsis positivas. Al tener una longitud de onda más larga que los otros colores, el rojo debería parecer más cercano. Para mejorar este efecto, los sujetos se pusieron lentes ChromaDepth de rejilla resplandeciente , que contienen una estructura de prisma para refractar la luz en un ángulo de aproximadamente 1 ° y se probaron nuevamente. [15]
El uso de electrodos para probar la actividad cerebral es otra forma relativamente nueva de probar la cromostereopsis. Esta forma de prueba utiliza registros EEG de potenciales evocados visuales mediante el uso de electrodos. En un experimento, a los sujetos se les mostraron diferentes estímulos con respecto al contraste de color y se les hicieron preguntas sobre su profundidad, como antes. Los electrodos conectados a los sujetos posteriormente recopilaron datos mientras se realizaba el experimento. [15]
Otra técnica utilizada de forma más rutinaria prueba el grado de aberración cromática del sujeto . En uno de esos experimentos, las ranuras colocadas ante los ojos del sujeto midieron la dispersión cromática de los ojos en función de la separación de las ranuras. Prismas frente a los ojos determinaron la separación de los ejes visual y nulo. El producto de estas mediciones separadas predijo la profundidad aparente esperada con la estereoscopía de pupila completa . La concordancia fue buena con los resultados esperados, proporcionando evidencia adicional de que la cromostereopsis depende de la dispersión cromática. [dieciséis]
Se pueden usar otras técnicas experimentales para probar la cromostereopsis inversa, una ocurrencia observada por una minoría de la población. La dirección de la cromostereopsis se puede invertir moviendo ambas pupilas artificiales en una dirección nasal o temporal con respecto a los centros de las pupilas naturales. Mover las pupilas artificiales nasalmente induce la estereopsis azul delante del rojo y moverlas temporalmente tiene el efecto contrario. Esto se debe a que mover la pupila cambia la posición del eje óptico, pero no el eje visual , cambiando así el signo de la aberración cromática transversal. Por lo tanto, los cambios en la magnitud y el signo de la aberración cromática transversal provocados por el cambio de la distancia lateral entre las pupilas artificiales pequeñas se acompañan de cambios equivalentes en la cromostereopsis [17].
Investigación reciente
Si bien se han descubierto e investigado muchos mecanismos fisiológicos que causan la cromostereopsis, todavía quedan preguntas sin respuesta. Por ejemplo, muchos investigadores creen que la cromostereopsis es causada por la combinación de múltiples factores. Debido a esto, algunas de las investigaciones más recientes han intentado investigar cómo la diferente luminiscencia de los fondos y la diferente luminiscencia del color rojo y azul afectan el efecto cromostereóptico. [12]
Además, estudios previos han adoptado un enfoque psicofísico para estudiar la cromostereopsis con el fin de documentarla como un efecto perceptivo y observar sus mecanismos ópticos. Sin embargo, hasta hace poco, ningún estudio había examinado la base neurofisiológica de la cromostereopsis. [15]
El estudio neurofisiológico más reciente de Cauquil et al. describe las células que prefieren el color V1 y V2 como codificación de las características de la imagen local (como la disparidad binocular) y las propiedades de la superficie de una escena 3D, respectivamente. El estudio realizado por Cauquil et al. indica, basándose en los resultados de la estimulación con electrodos , que las vías dorsal y ventral del cerebro están implicadas en el procesamiento cromostereóptico. Este estudio también concluyó que chromostereopsis comienza en las primeras etapas de visual cortical procesamiento, primero en la occipito- parietal región del cerebro, seguido por un segundo paso en la zona parietal derecha y temporales lóbulos. Además, se encontró que la actividad era mayor en el hemisferio derecho , que es dominante para el procesamiento cortical 3D, lo que indica que la cromostereopsis es un efecto descendente dependiente de la tarea. En general, la cromostereopsis involucra áreas corticales que subyacen al procesamiento de profundidad para señales tanto monoculares como binoculares . [15]
Referencias
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