Overview
Fonte: Laboratório de Jonathan Flombaum - Universidade Johns Hopkins
A visão de cor humana é impressionante. Pessoas com visão de cor normal podem diferenciar milhões de matizes individuais. O mais surpreendente é que essa habilidade é alcançada com hardware bastante simples.
Parte do poder da visão de cores humanas vem de um pouco inteligente de engenharia no cérebro humano. Lá, a percepção de cor se baseia no que é conhecido como um "sistema adversário". Isso significa que a presença de um tipo de estímulo é tratada como evidência para a ausência de outro, e vice-versa; ausência de um tipo de estímulo é tomado como evidência para a presença do outro. Em particular, no cérebro humano há células que disparam tanto quando recebem sinais para sugerir que a luz azul está presente, ou quando não recebem sinais sugerindo luz amarela. Da mesma forma, há células que disparam na presença de amarelo ou na ausência de azul. Azul e amarelo são assim tratados como valores adversários em uma dimensão, e podem ser considerados como valores negativos versus positivos em um eixo de um plano cartesiano. Se um estímulo é caracterizado como tendo um valor negativo nesse eixo, ele também não pode ter um valor positivo. Então, se é caracterizado como amarelo, também não pode ser caracterizado como azul. Da mesma forma, verde e vermelho (ou realmente, magenta), ocupam outra dimensão adversária. Há células no cérebro humano que respondem à presença de uma ou à ausência da outra. As figuras 1 e 2 explicam a opponency de cores em termos cartesianos.
Figura 1. Dimensões de cor do oponente. O cérebro humano processa a cor usando um sistema de dimensões oponente. Este é um plano bidimensional com azul e amarelo ocupando um eixo, que pode ser considerado simplesmente positivo ou negativo, e vermelho e verde ocupando o outro eixo. A consequência do sistema é que o cérebro processa a presença de algumas cores como indicando a ausência de outras, e vice-versa. Todas as cores perceptivas ocupam um ponto no espaço adversário.
Figura 2. Todas as cores perceptivas ocupam um ponto no espaço adversário. Aqui são mostrados exemplos de cores que têm valores não zero em cada uma das duas dimensões do espaço adversário.
Uma maneira de a opponency de cores ter sido descoberta em 1878 por Ewald Hering, mesmo antes dos cientistas terem acesso a técnicas para imagem do próprio cérebro- é através de uma ilusão conhecida como imagem posterior de cor. As imagens posteriores ainda são usadas hoje em dia tanto para demonstrar as propriedades adversárias da percepção de cores humanas quanto para estudá-las.
Este vídeo demonstra como criar uma ilusão de cor após a imagem, e uma maneira simples de coletar respostas perceptivas subjetivas de observadores humanos.
Procedure
1. Estímulos
- Abra um slide branco em branco em um editor de slides (software como PowerPoint ou Keynote será suficiente).
- Use a ferramenta de forma para fazer duas estrelas de tamanho igual sem preenchimento de cor, apenas um contorno preto fino. Centralizar-os verticalmente no slide, e coloque um em cada lado (esquerda e direita).
- Coloque um pequeno disco preto no centro do slide entre as estrelas. Este é o ponto de fixação.
- Agora, faça uma cópia deste slide preto e branco. A segunda cópia dele será o segundo slide em seu estímulo pós-imagem. Gire agora para fazer o primeiro slide selecionando o primeiro dos dois slides idênticos.
- Selecione a estrela à esquerda e encha-a uniformemente com um azul brilhante. Selecione a estrela à direita e encha-a uniformemente com um amarelo brilhante.
- O estímulo está pronto. O primeiro slide deve ser colorido e o segundo deve ser inteiramente preto e branco. A Figura 3 mostra como deve ser o primeiro slide, e a Figura 4 mostra o segundo.
Figura 3. Deslize #1 de uma imagem posterior de duas lâminas. O primeiro slide em um par de pós-imagem está em cores. O disco escuro no centro é o ponto de fixação.
Figura 4. Deslize #2 de uma imagem posterior de duas lâminas. O segundo slide em um par de pós-imagem é em preto e branco. Mas os observadores perceberão a cor ilusória dentro das enchimentos brancos dos objetos na moldura (as estrelas neste caso).
- Faça estímulos adicionais para investigação após o mesmo procedimento. Por exemplo, faça um com uma estrela vermelha de um lado, e uma estrela verde do outro. Então, faça um com uma estrela verde de um lado, e uma estrela azul do outro. Qualquer outra cor também pode ser usada.
- Cada estímulo precisa incluir um slide de cor seguido de um slide idêntico em preto e branco. A Figura 5 mostra dois exemplos de pares de slides adicionais para induzir imagens posteriores de cores.
Figura 5. Dois exemplos adicionais de slides para induzir imagens posteriores de cores. O primeiro slide em cada par (linha superior) é sempre em cores. O segundo slide em cada par (linha inferior) é sempre em preto e branco.
2. Gerando a ilusão
- Para fazer com que alguém experimente a ilusão de cor após a imagem, sente-as na frente do monitor do computador.
- Carregue um dos slides de cor, por exemplo,aquele com as estrelas azul e amarela.
- Peça ao observador para se fixar no disco preto no centro da tela e evitar mover seus olhos.
- Conte 10 s, em seguida, avance os slides para a frente para que o slide preto e branco substitua a cor.
- Instrua o participante a continuar a manter sua fixação. Eles devem ver as estrelas brancas como preenchidas com as cores do oponente daqueles que as encheram anteriormente. Então, a estrela anteriormente azul vai parecer amarela, e a anteriormente amarela vai parecer azul. A Figura 6 esquematiza a relação entre as cores no primeiro slide e as cores ilusórias que serão percebidas.
Figura 6. Cores ilusórias percebidas em relação a um par de slides particulares. Em Slide #1, a estrela esquerda é azul e a estrela amarela é amarela. Slide #2 é na verdade preto e branco. Mas quando alternado para depois que um observador se fixou em Slide #1, Slide #2 será percebido com cores ilusórias. Especificamente, as estrelas aparecerão preenchidas pelas cores do oponente das que as enchem antes, de modo que a estrela esquerda será percebida como amarela, e a direita como azul.
- Uma vez que o observador move seus olhos, a ilusão desaparece rapidamente.
- Note, é fácil fazer isso em si mesmo, e funciona.
3. Coleta de dados
- Como acontece com muitas ilusões visuais, os efeitos são fenomenologicamente salientes, e experimentados por quase todas as pessoas. Assim, os dados quantitativos servem principalmente para afirmar o que se experimenta.
- Uma técnica simples para coletar dados é incluir um X em algum lugar na região branca no segundo slide em um par, e fornecer um conjunto de opções de cores para os observadores escolherem.
- A tarefa é que o observador selecione a opção de cor que eles percebem onde o X é colocado. A Figura 7 mostra a sequência de eventos em um teste do experimento.
Figura 7. Sequência de eventos em um único teste de um experimento de imagem após a cor. O observador fixa-se no disco central em Slide #1. Depois dos 10, o experimentador avança para Slide #2. A tarefa do participante é selecionar a cor entre as opções exibidas que melhor correspondem à cor que eles percebem na posição do 'X'.
- Para executar uma versão completa do experimento, use vários pares de slides diferentes. Durante cada teste do experimento, coloque um X em uma parte diferente de um dos objetos no segundo slide.
- Execute 5-10 participantes em um experimento com 10-20 ensaios. A contagem da cor escolhida em função da cor que estava presente na posição de um X no slide de um teste #1. Em outras palavras, relacionar a cor percebida na posição de um X em um fundo branco com a cor anteriormente nessa posição. A cor anteriormente nessa posição é chamada de "cor indutora", e a cor percebida é chamada de "pós-cor".
A visão de cores humanas é impressionante e pode nos ajudar a ver — e distinguir entre — mais de um milhão de tons distintos. Psicólogos usam uma ilusão visual chamada imagem posterior para estudar nossa percepção de cor.
O que uma pessoa percebe como a tonalidade dos objetos que encontra, como uma laranja, começa com informações sensoriais recebidas pelos olhos.
Quando esta luz entra nos olhos de um indivíduo, a córnea e a lente a concentram em células fotorreceptoras na retina. Em resposta, essas células geram sinais que são retransmitidos ao córtex visual, onde as cores dos objetos são identificadas.
Ao longo desse caminho, existem neurônios individuais que respondem de forma diferente a sinais de cores distintos.
Por exemplo, existem certos neurônios - chamados de células "verde on, vermelho off" - que só são ativados pela luz verde. No entanto, essas mesmas células são inibidas pela luz vermelha.
Da mesma forma, há neurônios chamados células "vermelhas, verdes off" que respondem ao vermelho, mas que são inibidas pelo verde. Assim, componentes do cérebro tratam essas cores como "oponentes": a presença de um é interpretada como a ausência do outro.
Como resultado, o verde e o vermelho podem ser considerados como ocupando valores opostos em um plano bidimensional — respectivamente, negativo e positivo. Na verdade, todas as cores individuais específicas que vemos são pares de pontos ordenados neste sistema de coordenadas.
Este vídeo demonstra como investigar tal opponency, originalmente descoberto por Ewald Hering em 1878, usando a ilusão de cor pós-imagem — onde os cérebros dos indivíduos são enganados para perceber uma cor oponente em uma posição anteriormente preenchida por sua tonalidade antagônica.
Não apenas explicamos como gerar estímulos, coletamos e interpretamos dados de percepção de cores, mas também exploramos como os pesquisadores podem aplicar essa ilusão para estudar diferentes facetas da visão colorida.
Neste experimento, os participantes são convidados a realizar vários ensaios nos quais eles devem primeiro olhar para formas coloridas — durante o que é chamado de fase indutor — e, em seguida, enquanto olham para as mesmas formas em preto e branco, declarar quais tons eles vêem - referido como a fase pós-imagem.
Durante a primeira fase do indutor, dois da mesma forma — como uma estrela — são mostrados lado a lado em uma tela de computador para 10 s. Essas formas são idênticas em tamanho e orientação, mas são preenchidas com cores diferentes, como azul e amarelo, cada uma das quais deve ter um oponente distinto — uma estipulação crítica para a segunda fase.
Durante a duração de cada ensaio, os participantes são instruídos a se fixar em um círculo centrado entre as formas, a fim de evitar movimentos oculares que possam interferir com a ilusão.
Na fase pós-imagem, o disco preto permanece na tela, mas as imagens coloridas em ambos os lados são substituídas por imagens das mesmas formas desprovidas de cor — estrelas brancas descritas em preto.
Os participantes são então questionados sobre qual matiz eles vêem em uma posição aleatória em uma estrela, e a cor que eles relatam serve como variável dependente.
O truque aqui é que durante a fase induzir, as células sensíveis à cor estão ativas — por exemplo, alguns disparam fortemente em resposta a um estímulo azul. No entanto, a mudança das estrelas indutoras para formas em preto e branco resulta nessas células de repente deixando de sinalizar devido à ausência de qualquer cor.
No entanto, os cérebros dos participantes interpretam essa paralisação abrupta como o que significa que as cores do oponente estão presentes — a falta de sinalização de células anteriormente ativas sensíveis ao azul é tomada como evidência para o amarelo.
Como resultado, os participantes preencherão as formas em preto e branco com as cores do oponente das mostradas durante a fase indutora — onde uma estrela indutora azul estava, uma estrela de pós-imagem amarela é percebida, e vice-versa.
Esta é a ilusão de color afterimage, que desaparece rapidamente assim que os participantes movem seus olhos.
Devido à forma como o cérebro organiza as cores, espera-se que os participantes vejam predominantemente as cores posteriores que são oponentes do indutor: verde para vermelho, por exemplo.
Para preparar estímulos para o experimento, primeiro abra um slide em branco em um programa de edição de slides. Use a ferramenta de forma para gerar duas estrelas de tamanho igual - uma no lado direito e outra à esquerda — ambas centradas verticalmente.
Em seguida, crie um pequeno disco preto posicionado entre eles para servir como ponto de fixação.
Para gerar imagens para uma fase indutora, delineie ambas as formas em preto. Em seguida, selecione a estrela à esquerda e preencha-a uniformemente com um azul brilhante. Da mesma forma, encha o direito com um amarelo brilhante.
Repita este processo, criando slides adicionais de indutores com estrelas em cores diferentes, como verde e vermelho e outro conjunto em verde e azul.
Agora, copie um dos slides do indutor. Nesta réplica, mantenha ambas as estrelas delineadas em preto, mas mude suas cores internas para branco. Este slide completo será mostrado na fase pós-imagem de todos os ensaios.
Por fim, organize-os para que cada série de estímulos consista em dois slides: um conjunto de indutor colorido seguido de uma pós-imagem em preto e branco para cada ensaio.
Quando o participante chegar, direcione-os para um monitor de computador e verifique se eles não são cegos de cor. Continue explicando as instruções para a tarefa que eles estarão realizando.
Enfatize que durante um ensaio, o participante deve tentar evitar mover os olhos, e permanecer focado no disco preto que aparecerá no centro da tela do computador.
Uma vez que você esteja confiante de que o participante entende a tarefa pós-imagem, faça-o realizar entre 10 e 20 testes. Para cada um, ao lado da cor indutora, grave a tonalidade que foi selecionada como a cor posterior.
Para analisar os dados, recarize os resultados e construa uma tabela representando a cor posterior mais frequentemente selecionada para cada cor indutor.
Observe que as cores posteriores selecionadas são predominantemente oponentes das matizes indutoras, indicando que os cérebros dos participantes foram enganados, fazendo com que eles vissem matizes que não estavam realmente lá — ilusões de colorir pós-imagem.
Agora que você sabe como usar estímulos visuais para provocar uma ilusão de cor após a imagem, vamos ver como os pesquisadores podem usar essa técnica para entender melhor a base anatômica por trás da visão colorida, e doenças que afetam essa percepção.
Até agora, nos concentramos na visão normal. No entanto, variações do teste pós-imagem também podem ser empregadas para entender melhor as doenças que afetam a percepção de cores — como tipos de cegueira de cor em que ambos os matizes de um par oponente aparecem iguais.
Por exemplo, os pesquisadores podem comparar quanto tempo um indivíduo percebe uma imagem posterior de cor aos tempos relatados pelos participantes normais de controle. Ilusões que persistem por períodos anormais de tempo podem ser indicativas de uma doença de visão colorida.
Os testes pós-imagem podem então ser emparelhados com outras avaliações de percepção de cores e técnicas de imagem para identificar se um defeito na retina, córtex visual ou na via visual — que transmite sinais entre essas duas áreas — é responsável.
Você acabou de assistir o vídeo do JoVE sobre imagens coloridas. Agora, você deve saber como usar formas de diferentes tons para investigar essa ilusão, e coletar e interpretar dados de cores do oponente. É importante ressaltar que você também deve ter uma compreensão de como as imagens posteriores podem ajudar a identificar regiões cerebrais envolvidas na percepção de cores e diagnosticar doenças relacionadas à visão de cores.
Obrigado por assistir!
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Results
Para cada uma das cores indutoras no experimento, identifique a cor posterior mais frequentemente selecionada. Faça uma tabela que visualize os resultados, como o da Figura 8.
Figura 8. Resultado representativo. As cores posteriores mais frequentemente selecionadas em função das cores indutoras. As cores posteriores mais frequentemente percebidas serão os valores oponentes dos respectivos indutores.
As cores posteriores mais frequentemente percebidas devem ser os valores oponentes das respectivas cores indutoras. A razão é porque as células sensíveis à cor no cérebro humano são mapeadas espacialmente - elas respondem a regiões específicas do espaço dependentes de onde o sujeito fixa seus olhos. Normalmente, as pessoas se movem os olhos ao redor, fazendo com que diferentes células compartilhem o fardo de responder a regiões do espaço externo. Ao fixar o disco nas imagens indutoras (slide #1 em cada par), o observador faz com que os mesmos grupos de células respondam de forma sustentada às cores saturadas presentes em uma determinada região do espaço externo. Durante o período de fixação, essas células respondem fortemente. Células sensíveis ao azul produzem grandes sinais azuis, células sensíveis ao amarelo produzem grandes sinais amarelos, e assim por diante. Quando a imagem em preto e branco é subitamente mostrada, e enquanto o observador ainda se fixa, essas células não são mais estimuladas - não há cor na imagem. Mas, porque eles estavam sinalizando tão fortemente um momento antes, o resto do cérebro interpreta sua súbita falta de atividade como sinalizando a presença de uma cor oponente. A súbita falta de sinalização em células sensíveis ao azul é interpretada como a presença do amarelo. A súbita falta de sinalização nas células sensíveis ao amarelo é interpretada como a presença do azul, e assim por diante. O cérebro interpreta a ausência de atividade nas células coloridas como indicando a presença de cores do oponente, quando na verdade a falta de atividade neste caso é causada pela ausência de cor completamente. O cérebro é efetivamente enganado, fazendo com que as pessoas vejam cores onde não há nenhuma por causa da maneira como organiza a cor em termos de dimensões adversárias.
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Applications and Summary
A opponency de cores está entre as grandes demonstrações do método científico. Pesquisadores na década de 1800 foram capazes de inferir a natureza da representação de cores no cérebro humano sem qualquer capacidade de observar a atividade cerebral. Hoje, de fato, as imagens de cores se tornaram uma ferramenta útil para identificar as regiões cerebrais envolvidas no processamento de cores. Em macacos, os cientistas registraram neurônios que disparam como se a cor estivesse presente, quando não está, depois de mostrar as sequências de macacos de slides que produzem imagens posteriores em observadores humanos. 1,2 Da mesma forma, com a ressonância magnética, os cientistas encontraram regiões de córtex visual que respondem seletivamente à presença de uma cor, e que também respondem quando essa cor é percebida como uma ilusão, induzida por um par de slides pós-imagem.
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References
- Zeki, S. Colour coding in the cerebral cortex: the reaction of cells in monkey visual cortex to wavelengths and colours. Neuroscience, 9(4), 741-765 (1983).
- Conway, B. R., & Tsao, D. Y. Color architecture in alert macaque cortex revealed by FMRI. Cerebral Cortex, 16(11), 1604-1613 (2006).
