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La percepción visual es la capacidad de interpretar el entorno circundante utilizando luz en el espectro visible reflejado por los objetos del entorno . Esto es diferente de la agudeza visual , que se refiere a la claridad con la que ve una persona (por ejemplo, "visión 20/20"). Una persona puede tener problemas con el procesamiento de la percepción visual incluso si tiene una visión de 20/20.

La percepción resultante también se conoce como vista , vista o visión ( forma adjetiva : visual , óptica u ocular ). Los diversos componentes fisiológicos involucrados en la visión se conocen colectivamente como el sistema visual y son el foco de muchas investigaciones en lingüística , psicología , ciencia cognitiva , neurociencia y biología molecular , denominadas colectivamente ciencia de la visión .

Sistema visual

En los seres humanos y en otros mamíferos, la luz entra en el ojo a través de la córnea y el cristalino la enfoca en la retina , una membrana sensible a la luz en la parte posterior del ojo. La retina sirve como transductor para la conversión de luz en señales neuronales . Esta transducción se logra mediante células fotorreceptoras especializadas de la retina, también conocidas como bastones y conos, que detectan los fotones de luz y responden produciendo impulsos neuronales . Estas señales son transmitidas por el nervio óptico , desde la retina aguas arriba hasta los ganglios centrales del cerebro.. El núcleo geniculado lateral , que transmite la información a la corteza visual . Las señales de la retina también viajan directamente desde la retina al colículo superior .

El núcleo geniculado lateral envía señales a la corteza visual primaria , también llamada corteza estriada. La corteza extraestriada , también llamada corteza de asociación visual, es un conjunto de estructuras corticales que reciben información de la corteza estriada, así como entre sí. [1] Las descripciones recientes de la corteza de asociación visual describen una división en dos vías funcionales, una vía ventral y otra dorsal . Esta conjetura se conoce como la hipótesis de las dos corrientes .

Generalmente se cree que el sistema visual humano es sensible a la luz visible en el rango de longitudes de onda entre 370 y 730 nanómetros (0,00000037 a 0,00000073 metros) del espectro electromagnético . [2] Sin embargo, algunas investigaciones sugieren que los humanos pueden percibir la luz en longitudes de onda de hasta 340 nanómetros (UV-A), especialmente los jóvenes. [3] En condiciones óptimas, estos límites de percepción humana pueden extenderse desde 310 nm ( UV ) hasta 1100 nm ( NIR ). [4] [5]

Estudiar

El principal problema de la percepción visual es que lo que la gente ve no es simplemente una traducción de los estímulos retinianos (es decir, la imagen en la retina). Por lo tanto, las personas interesadas en la percepción han luchado durante mucho tiempo para explicar qué hace el procesamiento visual para crear lo que realmente se ve.

Estudios iniciales

Se muestran la corriente dorsal visual (verde) y la corriente ventral (violeta). Gran parte de la corteza cerebral humana está involucrada en la visión.

Había dos escuelas griegas antiguas importantes , que proporcionaban una explicación primitiva de cómo funciona la visión.

La primera fue la " teoría de la emisión " de la visión, que sostenía que la visión se produce cuando los rayos emanan de los ojos y son interceptados por objetos visuales. Si un objeto fue visto directamente, fue por 'medio de rayos' que salían de los ojos y volvían a caer sobre el objeto. Sin embargo, una imagen refractada también se veía por medio de `` rayos '', que salían de los ojos, atravesaban el aire y, después de la refracción, caían sobre el objeto visible que se avistaba como resultado del movimiento de los rayos. desde el ojo. Esta teoría fue defendida por los estudiosos que eran seguidores de Euclides 's Óptica y Ptolomeo ' s Óptica .

La segunda escuela defendió el llamado enfoque de "intromisión", que considera que la visión proviene de algo que entra en los ojos y es representativo del objeto. Con sus principales propagadores, Aristóteles ( De Sensu ), [6] Galeno ( De Usu Partium Corporis Humani ) y sus seguidores, [6] esta teoría parece tener algún contacto con las teorías modernas de lo que realmente es la visión, pero sigue siendo sólo una especulación. sin ninguna base experimental. (En la Inglaterra del siglo XVIII, Isaac Newton , John Locke y otros, llevaron la teoría de la intromisiónde la visión hacia adelante al insistir en que la visión implicaba un proceso en el que los rayos, compuestos de materia corporal real, emanaban de los objetos vistos y entraban en la mente / sensorium del vidente a través de la apertura del ojo). [7]

Ambas escuelas de pensamiento se basaron en el principio de que "lo semejante sólo se conoce por lo semejante" y, por lo tanto, en la noción de que el ojo estaba compuesto por algún "fuego interno" que interactuaba con el "fuego externo" de la luz visible y hacía posible la visión. Platón hace esta afirmación en su diálogo Timeo (45b y 46b), al igual que Empédocles (según lo informado por Aristóteles en su De Sensu , DK frag. B17). [6]

Leonardo da Vinci : El ojo tiene una línea central y todo lo que llega al ojo a través de esta línea central se puede ver claramente.

Alhazen (965 - c. 1040) llevó a cabo muchas investigaciones y experimentos sobre la percepción visual, amplió el trabajo de Ptolomeo sobre la visión binocular y comentó los trabajos anatómicos de Galeno. [8] [9] Fue la primera persona en explicar que la visión ocurre cuando la luz rebota en un objeto y luego se dirige a los ojos. [10]

Se cree que Leonardo da Vinci (1452-1519) fue el primero en reconocer las cualidades ópticas especiales del ojo. Escribió: "La función del ojo humano ... fue descrita por un gran número de autores de cierta manera. Pero encontré que era completamente diferente". Su principal hallazgo experimental fue que solo hay una visión clara y distinta en la línea de visión, la línea óptica que termina en la fóvea . Aunque no usó estas palabras literalmente, en realidad es el padre de la distinción moderna entre visión foveal y periférica . [11]

Isaac Newton (1642-1726 / 27) fue el primero en descubrir a través de la experimentación, al aislar colores individuales del espectro de luz que pasa a través de un prisma , que el color percibido visualmente de los objetos aparecía debido al carácter de la luz que reflejaban los objetos, y que estos colores divididos no podían cambiarse a ningún otro color, lo cual era contrario a las expectativas científicas del día. [2]

Inferencia inconsciente

A Hermann von Helmholtz a menudo se le atribuye el primer estudio moderno de la percepción visual. Helmholtz examinó el ojo humano y concluyó que era incapaz de producir una imagen de alta calidad. La información insuficiente parecía imposibilitar la visión. Por lo tanto, concluyó que la visión solo podía ser el resultado de alguna forma de "inferencia inconsciente", acuñando ese término en 1867. Propuso que el cerebro estaba haciendo suposiciones y conclusiones a partir de datos incompletos, basados ​​en experiencias previas. [12]

La inferencia requiere una experiencia previa del mundo.

Ejemplos de suposiciones bien conocidas, basadas en la experiencia visual, son:

  • la luz viene de arriba
  • los objetos normalmente no se ven desde abajo
  • los rostros se ven (y reconocen) en posición vertical. [13]
  • Los objetos más cercanos pueden bloquear la vista de objetos más distantes, pero no al revés.
  • las figuras (es decir, los objetos en primer plano) tienden a tener bordes convexos

El estudio de las ilusiones visuales (casos en los que el proceso de inferencia falla) ha arrojado mucha información sobre el tipo de suposiciones que hace el sistema visual.

Otro tipo de hipótesis de inferencia inconsciente (basada en probabilidades) ha sido revivido recientemente en los llamados estudios bayesianos de percepción visual. [14] Los defensores de este enfoque consideran que el sistema visual realiza alguna forma de inferencia bayesiana para derivar una percepción a partir de datos sensoriales. Sin embargo, no está claro cómo los defensores de este punto de vista derivan, en principio, las probabilidades relevantes requeridas por la ecuación bayesiana. Se han utilizado modelos basados ​​en esta idea para describir diversas funciones de percepción visual, como la percepción del movimiento , la percepción de la profundidad y la percepción figura-fondo . [15] [16] El "La teoría de la percepción totalmente empírica "es un enfoque relacionado y más nuevo que racionaliza la percepción visual sin invocar explícitamente los formalismos bayesianos.

Teoría de la Gestalt

Los psicólogos de la Gestalt que trabajaron principalmente en las décadas de 1930 y 1940 plantearon muchas de las preguntas de investigación que estudian los científicos de la visión en la actualidad. [17]

Las leyes de organización de la Gestalt han guiado el estudio de cómo las personas perciben los componentes visuales como patrones organizados o conjuntos, en lugar de muchas partes diferentes. "Gestalt" es una palabra alemana que se traduce parcialmente como "configuración o patrón" junto con "estructura total o emergente". Según esta teoría, hay ocho factores principales que determinan cómo el sistema visual agrupa automáticamente los elementos en patrones: proximidad, similitud, cierre, simetría, destino común (es decir, movimiento común), continuidad y buena Gestalt (patrón que es regular, simple y ordenada) y Experiencia Pasada.

Análisis del movimiento ocular

Movimiento de los ojos en los primeros 2 segundos ( Yarbus , 1967)

Durante la década de 1960, el desarrollo técnico permitió el registro continuo del movimiento ocular durante la lectura, [18] en la visualización de imágenes, [19] y más tarde, en la resolución de problemas visuales, [20] y cuando se dispuso de cámaras con auriculares, también durante la conducción. [21]

La imagen de la derecha muestra lo que puede suceder durante los primeros dos segundos de la inspección visual. Mientras que el fondo está desenfocado, lo que representa la visión periférica , el primer movimiento ocular va hacia las botas del hombre (solo porque están muy cerca de la fijación inicial y tienen un contraste razonable).

Las siguientes fijaciones saltan de cara a cara. Incluso podrían permitir comparaciones entre caras.

Se puede concluir que la cara del icono es un icono de búsqueda muy atractivo dentro del campo de visión periférico. La visión foveal agrega información detallada a la primera impresión periférica .

También se puede observar que existen diferentes tipos de movimientos oculares: movimientos oculares de fijación ( microsacadas , deriva ocular y temblor), movimientos de vergencia, movimientos sacádicos y movimientos de persecución. Las fijaciones son puntos comparativamente estáticos donde descansa el ojo. Sin embargo, el ojo nunca está completamente quieto, pero la posición de la mirada se desviará. Estas desviaciones, a su vez, se corrigen mediante microsacadas, movimientos oculares de fijación muy pequeños. Los movimientos de vergencia involucran la cooperación de ambos ojos para permitir que una imagen caiga en la misma área de ambas retinas. Esto da como resultado una sola imagen enfocada. Movimientos sacádicoses el tipo de movimiento ocular que hace saltos de una posición a otra y se utiliza para escanear rápidamente una escena / imagen en particular. Por último, el movimiento de persecución es un movimiento ocular suave y se utiliza para seguir objetos en movimiento. [22]

Reconocimiento facial y de objetos

Existe evidencia considerable de que el reconocimiento de rostros y objetos se logra mediante sistemas distintos. Por ejemplo, los pacientes prosopagnóticos muestran deficiencias en el procesamiento de la cara, pero no del procesamiento de objetos, mientras que los pacientes agnósicos de objetos (más notablemente, el paciente CK ) muestran deficiencias en el procesamiento de objetos con procesamiento de la cara libre. [23] Conductualmente, se ha demostrado que los rostros, pero no los objetos, están sujetos a efectos de inversión, lo que lleva a afirmar que los rostros son "especiales". [23] [24] Además, el procesamiento de caras y objetos recluta sistemas neuronales distintos. [25]En particular, algunos han argumentado que la aparente especialización del cerebro humano para el procesamiento facial no refleja la verdadera especificidad del dominio, sino más bien un proceso más general de discriminación a nivel de experto dentro de una determinada clase de estímulo, [26] aunque esta última afirmación es la tema de debate sustancial . Usando fMRI y electrofisiología, Doris Tsao y sus colegas describieron regiones del cerebro y un mecanismo para el reconocimiento facial en monos macacos. [27]

La corteza inferotemporal tiene un papel clave en la tarea de reconocimiento y diferenciación de diferentes objetos. Un estudio del MIT muestra que subconjuntos de regiones de la corteza de TI están a cargo de diferentes objetos. [28] Al apagar selectivamente la actividad neuronal de muchas áreas pequeñas de la corteza, el animal se vuelve alternativamente incapaz de distinguir entre ciertos pares particulares de objetos. Esto muestra que la corteza de TI está dividida en regiones que responden a características visuales diferentes y particulares. De manera similar, ciertos parches y regiones particulares de la corteza están más involucrados en el reconocimiento facial que en el reconocimiento de otros objetos.

Algunos estudios tienden a mostrar que, más que la imagen global uniforme, algunas características particulares y regiones de interés de los objetos son elementos clave cuando el cerebro necesita reconocer un objeto en la imagen. [29] [30] De esta manera, la visión humana es vulnerable a pequeños cambios particulares en la imagen, como alterar los bordes del objeto, modificar la textura o cualquier pequeño cambio en una región crucial de la imagen. [31]

Los estudios de personas cuya vista ha sido restaurada después de una ceguera prolongada revelan que no necesariamente pueden reconocer objetos y rostros (a diferencia del color, el movimiento y las formas geométricas simples). Algunos plantean la hipótesis de que ser ciego durante la infancia impide que alguna parte del sistema visual necesario para estas tareas de nivel superior se desarrolle correctamente. [32] La creencia general de que un período crítico dura hasta los 5 o 6 años fue cuestionada por un estudio de 2007 que encontró que los pacientes mayores podrían mejorar estas habilidades con años de exposición. [33]

Los enfoques cognitivo y computacional

En la década de 1970, David Marr desarrolló una teoría de la visión de varios niveles, que analizaba el proceso de la visión en diferentes niveles de abstracción. Con el fin de enfocarse en la comprensión de problemas específicos en la visión, identificó tres niveles de análisis: los niveles computacional , algorítmico e implementacional . Muchos científicos de la visión, incluido Tomaso Poggio , han adoptado estos niveles de análisis y los han empleado para caracterizar aún más la visión desde una perspectiva computacional. [34]

El nivel computacional aborda, con un alto nivel de abstracción, los problemas que debe superar el sistema visual. El nivel algorítmico intenta identificar la estrategia que se puede utilizar para resolver estos problemas. Finalmente, el nivel de implementación intenta explicar cómo se realizan las soluciones a estos problemas en los circuitos neuronales.

Marr sugirió que es posible investigar la visión en cualquiera de estos niveles de forma independiente. Marr describió la visión como si procediera de una matriz visual bidimensional (en la retina) a una descripción tridimensional del mundo como salida. Sus etapas de visión incluyen:

  • Un boceto primordial o en 2D de la escena, basado en la extracción de características de los componentes fundamentales de la escena, incluidos los bordes, las regiones, etc. Observe la similitud en el concepto con un boceto a lápiz dibujado rápidamente por un artista como una impresión.
  • Un boceto de 2 12 D de la escena, donde se reconocen las texturas, etc. Note la similitud en el concepto con el escenario en el dibujo donde un artista resalta o sombrea áreas de una escena, para proporcionar profundidad.
  • Un modelo 3 D , donde la escena se visualiza en un mapa continuo en 3 dimensiones. [35]

El boceto de 2 12 D de Marr asume que se construye un mapa de profundidad y que este mapa es la base de la percepción de formas en 3D. Sin embargo, tanto la percepción estereoscópica como la pictórica, así como la visión monocular, dejan en claro que la percepción de la forma 3D precede y no depende de la percepción de la profundidad de los puntos. No está claro cómo se podría construir, en principio, un mapa de profundidad preliminar, ni cómo esto abordaría la cuestión de la organización o agrupación figura-fondo. El papel de las restricciones organizativas perceptivas, ignoradas por Marr, en la producción de percepciones de formas 3D a partir de objetos 3D vistos binocularmente se ha demostrado empíricamente para el caso de objetos de alambre 3D, p. Ej. [36] [ cita completa necesaria ]Para una discusión más detallada, vea Pizlo (2008). [37]

Un marco alternativo más reciente propone que la visión se compone en lugar de las siguientes tres etapas: codificación, selección y decodificación. [38] La codificación es muestrear y representar entradas visuales (p. Ej., Representar entradas visuales como actividades neuronales en la retina). La selección, o selección de atención , consiste en seleccionar una pequeña fracción de la información de entrada para su posterior procesamiento, por ejemplo, cambiando la mirada a un objeto o ubicación visual para procesar mejor las señales visuales en esa ubicación. Decodificar es inferir o reconocer las señales de entrada seleccionadas, por ejemplo, reconocer el objeto en el centro de la mirada como el rostro de alguien. En este marco, [39] la selección atencional comienza en la corteza visual primariaa lo largo de la vía visual, y las limitaciones de atención imponen una dicotomía entre los campos visuales central y periférico para el reconocimiento visual o la decodificación.

Transducción

La transducción es el proceso mediante el cual la energía de los estímulos ambientales se convierte en actividad neuronal. La retina contiene tres capas de células diferentes: capa de fotorreceptores, capa de células bipolares y capa de células ganglionares. La capa de fotorreceptores donde se produce la transducción es la más alejada de la lente. Contiene fotorreceptores con diferentes sensibilidades llamados bastones y conos. Los conos son responsables de la percepción del color y son de tres tipos distintos etiquetados como rojo, verde y azul. Las varillas son responsables de la percepción de objetos con poca luz. [40]Los fotorreceptores contienen dentro de ellos un químico especial llamado fotopigmento, que está incrustado en la membrana de las laminillas; una sola vara humana contiene aproximadamente 10 millones de ellos. Las moléculas de fotopigmento constan de dos partes: una opsina (una proteína) y una retina (un lípido). [41] Hay 3 fotopigmentos específicos (cada uno con su propia sensibilidad de longitud de onda) que responden en todo el espectro de luz visible. Cuando las longitudes de onda apropiadas (aquellas a las que el fotopigmento específico es sensible) golpean el fotorreceptor, el fotopigmento se divide en dos, lo que envía una señal a la capa de células bipolares, que a su vez envía una señal a las células ganglionares, cuyos axones se forman el nervio ópticoy transmitir la información al cerebro. Si un tipo de cono en particular falta o es anormal, debido a una anomalía genética, se producirá una deficiencia en la visión del color , a veces llamada daltonismo. [42]

Proceso del oponente

La transducción implica mensajes químicos enviados desde los fotorreceptores a las células bipolares a las células ganglionares. Varios fotorreceptores pueden enviar su información a una célula ganglionar. Hay dos tipos de células ganglionares: rojo / verde y amarillo / azul. Estas neuronas se activan constantemente, incluso cuando no están estimuladas. El cerebro interpreta diferentes colores (y con mucha información, una imagen) cuando se altera la velocidad de disparo de estas neuronas. La luz roja estimula el cono rojo, que a su vez estimula la célula ganglionar roja / verde. Asimismo, la luz verde estimula el cono verde, que estimula la célula ganglionar verde / roja y la luz azul estimula el cono azul, que estimula la célula ganglionar azul / amarilla. La velocidad de disparo de las células ganglionares aumenta cuando es señalada por un cono y disminuye (inhibida) cuando es señalada por el otro cono.El primer color en el nombre de la célula ganglionar es el color que la excita y el segundo es el color que la inhibe. es decir: un cono rojo excitaría la célula ganglionar roja / verde y el cono verde inhibiría la célula ganglionar roja / verde. Esto es unproceso del oponente . Si aumenta la velocidad de disparo de una célula ganglionar roja / verde, el cerebro sabrá que la luz es roja, si la velocidad disminuye, el cerebro sabrá que el color de la luz es verde. [42]

Percepción visual artificial

Las teorías y observaciones de la percepción visual han sido la principal fuente de inspiración para la visión por computadora (también llamada visión de máquina o visión computacional). Las estructuras de hardware especiales y los algoritmos de software proporcionan a las máquinas la capacidad de interpretar las imágenes provenientes de una cámara o un sensor.

Por ejemplo, el Toyota 86 2022 usa el sistema Subaru EyeSight para la tecnología de asistencia al conductor . [43]

Ver también

  • La visión del color
  • Visión por computador
  • Percepción de profundidad
  • Fenómeno entóptico
  • Psicología Gestalt
  • Enmascaramiento lateral
  • Ojo desnudo
  • Visión de máquina
  • Percepción de movimiento
  • Integración multisensorial
  • Interpretación (filosofía)
  • Frecuencia espacial
  • Ilusion visual
  • Procesamiento visual
  • Sistema visual

Deficiencias o trastornos de la visión

  • Acromatopsia
  • Akinetopsia
  • Agnosia aperceptiva
  • Agnosia visual asociativa
  • Daltonismo
  • Trastorno de percepción persistente por alucinógenos
  • Palinopsia ilusoria
  • Prosopagnosia
  • Error refractivo
  • Recuperación de la ceguera
  • Síndrome de sensibilidad escotópica
  • Agnosia visual
  • Nieve visual

Disciplinas relacionadas

  • Ciencia cognitiva
  • Neurociencia
  • Oftalmología
  • Optometría
  • Psicofísica

Referencias

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  43. ^ https://www.cnet.com/roadshow/news/2022-toyota-86-subaru-brz-sports-car-power/

Lectura adicional

  • Von Helmholtz, Hermann (1867). Handbuch der fisiologischen Optik . 3 . Leipzig: Voss.Las citas son de la traducción al inglés producida por Optical Society of America (1924–25): Tratado de Óptica Fisiológica .

Enlaces externos

  • La definición del diccionario de visión en Wikcionario
  • La organización de la retina y el sistema visual
  • Efecto del detalle en la percepción visual por Jon McLoone, el Proyecto de demostraciones de Wolfram .
  • El recurso Joy of Visual Perception sobre las habilidades de percepción del ojo.
  • VisionScience. Recurso para la investigación de la visión humana y animal Una colección de recursos en ciencia de la visión y percepción.
  • Visión y Psicofísica.
  • Visibilidad en la Teoría Social y la Investigación Social. Una indagación sobre los significados cognitivos y sociales de la visibilidad.
  • Artículos de Vision Scholarpedia Expert sobre Vision