Estudio arroja luz sobre una ilusión visual clásica
Un equipo de investigación dirigido por el MIT descubrió evidencia de que una ilusión visual clásica llamada contraste de brillo simultáneo, como la que se ve aquí, se basa en la estimación del brillo que tiene lugar en la retina, no en el corteza visual del cerebro. En esta imagen, los dos pequeños discos parecen tener un brillo diferente a pesar de tener una luminancia idéntica. Crédito: Instituto Tecnológico de Massachusetts
Es una ilusión visual clásica: aparecen dos puntos grises sobre un fondo que consiste en un degradado de gris claro a negro. Aunque los dos puntos son idénticos, parecen muy diferentes en función de dónde se colocan en el fondo.
Los científicos que estudian el cerebro han estado tratando de descubrir el mecanismo detrás de esta ilusión, conocida como contraste de brillo simultáneo, durante más de 100 años. Un estudio dirigido por el MIT ahora sugiere que este fenómeno se basa en la estimación del brillo que tiene lugar antes de que la información visual llegue a la corteza visual del cerebro, posiblemente dentro de la retina.
«Todos nuestros experimentos apuntan a la conclusión de que esto es un fenómeno de bajo nivel», dice Pawan Sinha, profesor de visión y neurociencia computacional en el Departamento de Ciencias del Cerebro y Cognitivas del MIT. «Los resultados ayudan a responder a la pregunta de cuál es el mecanismo que subyace en este proceso tan fundamental de estimación del brillo, que es un componente básico de muchos otros tipos de análisis visuales».
Como parte de su investigación, Los investigadores estudiaron a niños ciegos en la India y descubrieron que eran susceptibles a esta ilusión casi inmediatamente después de que se les iniciara la vista después de la cirugía, lo que ofrece más evidencia de que las estimaciones de brillo probablemente se basan en circuitos neuronales simples que no requieren ninguna experiencia visual previa. configurado.
Sinha es el autor principal del estudio, que aparece en la edición de agosto de Vision Research. Otros autores del artículo son Sarah Crucilla, quien trabajó con Sinha mientras estaba en la escuela secundaria y ahora es estudiante de Caltech; Tapan Gandhi, miembro de la facultad del Instituto Indio de Tecnología y ex postdoctorado en el MIT; Dylan Rose, un reciente Ph.D. de la Universidad Northeastern. recipiente; Amy Singh de Google, quien también realizó un postdoctorado en el MIT; Suma Ganesh y Umang Mathur del Charity Eye Hospital del Dr. Shroff en Nueva Delhi; y Peter Bex, profesor de psicología en la Universidad Northeastern.
Estimación del brillo
Cuando miramos una imagen, nuestro cerebro percibe un cierto brillo en cada ubicación de la imagen. Sorprendentemente, sin embargo, nuestras percepciones de brillo no siempre son proporcionales a la cantidad de luz que emana de las regiones de la imagen, dice Sinha. En cambio, nuestra percepción es el producto del color real del objeto y la cantidad de luz que brilla sobre él.
«Podrías tener una pieza de tela muy oscura bajo un foco brillante, y la cantidad de luz que obtienes de él podría ser igual o incluso mayor que la cantidad de luz de un trozo de papel blanco bajo una luz tenue», dice Sinha. «Al cerebro se le presenta el desafío de averiguar qué tan clara u oscura es una superficie en función de la cantidad de energía que recibe. En esencia, el cerebro tiene que averiguar los dos números que se multiplicaron (nivel de iluminación y oscuridad de la superficie) producir el único número que está recibiendo (energía entrante), una tarea aparentemente imposible ya que infinitos pares de números pueden producir el mismo producto».
Algunos científicos, incluido el físico alemán del siglo XIX Hermann von Helmholtz, uno de los primeros pioneros de los estudios de visión, sugirió que estimar el brillo es un proceso de «alto nivel». Es decir, el cerebro estima el brillo en función de un alto nivel de comprensión de las condiciones de iluminación, las formas y las sombras en el entorno que está viendo.
Muchas tareas visuales, como identificar caras u objetos, dependen en nuestras experiencias previas o expectativas sobre lo que estamos viendo. Sin embargo, los experimentos que Sinha y sus colegas realizaron en este estudio sugieren que, en el caso de la estimación del brillo, el procesamiento de alto nivel no juega un papel importante.
En este segundo ejemplo de contraste de brillo simultáneo, dos cuboides apilados uno encima del otro se ven bastante similares, pero tienen diferentes efectos en puntos idénticos colocados en sus caras. El paralelepípedo superior hace que el punto de la derecha parezca más brillante, mientras que el inferior hace que el punto de la izquierda parezca más brillante. Crédito: Instituto Tecnológico de Massachusetts
En su primera serie de experimentos, los investigadores crearon una imagen de un cubo que parecía estar iluminado desde un lado, con una cara que parecía un poco más brillante que la otra. En realidad, usando un ingenioso truco que los pintores de cerámica chinos conocían hace más de 800 años, la cara que parecía más brillante en realidad tenía una luminosidad más baja que la cara que parecía más oscura. En esta pantalla, los investigadores encontraron que cuando se colocaron puntos grises idénticos en las dos caras del cubo, el punto que estaba en la cara que parecía estar en la sombra en realidad parecía más oscuro que un punto idéntico colocado en una cara que estaba recibiendo más luz.
«Esto es lo contrario de lo que sucede en las pantallas de contraste simultáneas estándar, en las que un punto sobre un fondo oscuro parece más brillante que un punto sobre un fondo claro», dice Sinha. «Este resultado va en contra de la idea de que el análisis de alto nivel de las condiciones de iluminación contribuye a la estimación del brillo».
El segundo conjunto de experimentos se diseñó para localizar los procesos de estimación del brillo. Se basó en el hecho curioso de que la visión unificada del mundo que experimentamos, construida mediante la fusión de imágenes de los dos ojos, va acompañada de una pérdida casi completa de la información del «ojo de origen». No sabemos cuáles eran las imágenes originales y de qué ojo procedían; solo somos conscientes de la vista fusionada (a veces llamada la imagen «ciclópea», en honor al monstruo tuerto Cíclope de la mitología griega). Sin embargo, utilizando imágenes especialmente diseñadas y anteojos estéreo, los investigadores descubrieron que la estimación del brillo no necesitaba esperar hasta que se fusionara la información de los dos ojos; ya había ocurrido en ese momento.
Este hallazgo sugiere que la estimación del brillo ocurre muy temprano, antes de que la información proveniente de cada ojo se combine en un flujo visual. La combinación ocurre en una parte de la corteza cerebral llamada V1 (llamada así porque representa la primera etapa del procesamiento visual en la corteza). Esto impone una fuerte restricción en la ubicación del procesamiento; los investigadores plantean la hipótesis de que lo más probable es que en la retina se produzca un cálculo significativo del brillo.
«La implicación de los resultados de los dos primeros conjuntos de estudios fue que si la estimación del brillo es realmente un proceso de bajo nivel, y los circuitos se encuentra tan temprano como la retina, entonces tal vez esta sea una dispensación innata», dice Sinha. «Esto es algo para lo que el sistema visual viene preparado desde el nacimiento».
«Un mecanismo innato»
Los investigadores pudieron explorar esta hipótesis al estudiar a niños ciegos que recientemente les habían devuelto la vista. Sinha dirige un esfuerzo en la India llamado Proyecto Prakash, cuya misión es tratar a los niños que padecen formas prevenibles de ceguera, como las cataratas congénitas. Muchos de los niños tratados continúan participando en estudios científicos del desarrollo visual, aunque el tratamiento no depende de dicha participación.
«La predicción fue que si la estimación del brillo es realmente un mecanismo innato, entonces, justo después de la vista se inicia en niños con ceguera congénita, deberían ser víctimas de la ilusión de contraste simultáneo», dice Sinha.
Eso es exactamente lo que encontraron los investigadores, en un estudio de nueve niños a quienes se les extirparon quirúrgicamente las cataratas entre las edades de 8 y 17 años. Todos los niños eran susceptibles a la ilusión, en pruebas realizadas entre 24 y 48 horas después de que les quitaron los vendajes quirúrgicos.
En un estudio de 2015, Sinha mostró que los niños con visión reciente también son inmediatamente susceptibles a otras dos ilusiones visuales, conocidas como las ilusiones de Mller-Lyer y Ponzo, que implican juzgar la longitud de las líneas en función de las señales visuales.
«El relato que surgió de ese trabajo también parece ser consistente con el acc cantidad que está emergiendo de los estudios de brillo. Es decir, muchos de los fenómenos que tan rápidamente atribuimos a procesos inferenciales de alto nivel pueden en realidad ser instanciados en algunos mecanismos de circuitos muy simples del cerebro que están disponibles de forma innata», dice Sinha. «Estos resultados están contribuyendo a la búsqueda de entender cómo nuestro sistema nervioso resuelve el complejo desafío de percibir y comprender el mundo que nos rodea».
Explore más
Arrojando luz sobre cómo el ojo humano percibe el brillo Más información: Pawan Sinha et Al. Mecanismos subyacentes al contraste de brillo simultáneo: Temprano e innato, Vision Research (2020).DOI: 10.1016/j.visres.2020.04.012 Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit .edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.
Cita: El estudio arroja luz sobre una ilusión visual clásica (2020, 17 de junio) consultado el 31 Agosto de 2022 de https://medic alxpress.com/news/2020-06-classic-visual-illusion.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.