Palmer Cap 1

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.

Capitolo 1

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'osser
vatore), 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 i
mmagini 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.

Collaborators

I am the leader of the Neuromorphics Lab, a highly collaborative lab with connections across both academia and industry.