Immagine fiori
La visione umana
La luce è un’onda elettromagnetica di lunghezze d’onda variabili; solo le lunghezze dello spettro visibile, comprese tra i 380 e i 750nm sono percepibili, e ognuna viene interpretata come un differente colore dal sistema visivo; il colore è perciò una qualità della percezione visiva e come tale è puramente soggettiva.
Gli oggetti, in realtà acromatici, appaiono colorati perché quando sono investiti da una luce bianca assorbono le radiazioni di alcune lunghezze d’onda, quindi alcuni colori, e ne diffondono altre, mostrandosi del colore di queste ultime. Un corpo nero assorbe tutti i colori; un corpo bianco li rinvia tutti.

La maggior parte delle radiazioni che giungono ai nostri occhi non è pura, (radiazioni della stessa lunghezza d’onda), ma complessa, costituita cioè da una sovrapposizione o rapida successione di luci pure. In questi casi l’occhio umano non è in grado di riconoscere le singole lunghezze componenti ma solo la loro risultante, detta lunghezza d’onda dominante, che apparirà di un unico e diverso colore.
Le radiazioni monocromatiche di rosso, verde e blu sono considerate colori primari perché costituiscono le tre bande di colori predominanti dello spettro visibile, inoltre sommate opportunamente tra loro, sono in grado di riprodurre ogni altra tonalità cromatica.
Il “bianco” viene percepito quando l’occhio riceve una radiazione contenente tutte le diverse lunghezze d’onda spettrali, purché esse abbiano la stessa intensità. Se l’intensità è minore del massimo percepibile dall’occhio, si ottiene la gamma dei grigi (colore acromatico) fino ad arrivare al nero, nel quale non è possibile apprezzare alcuna componente cromatica.
I possibili colori non si esauriscono nella gamma dei colori dello spettro, poiché associati ne possono originare altri non spettrali, che lo arricchiscono.

La visione

L’occhio umano è un bulbo approssimativamente sferico, con diametro di circa 24mm.
La luce attraversa le parti anteriori trasparenti dell’occhio e giunge, grazie alla pupilla, sulla retina, il fondo interno del bulbo, che è punto di arrivo dei raggi luminosi e di formazione delle immagini; l’immagine di un oggetto esteso si forma sulla retina, dove giunge capovolta e rimpicciolita.

Nella retina si trovano i fotorecettori, cellule sensibili alla luce che si occupano di tradurre l’energia luminosa in segnali elettrici che, attraverso i neuroni del nervo ottico (situato nella parte posteriore dell’occhio), giungono ai centri della visione nel cervello, ossia diverse zone della corteccia cerebrale, dove avvengono diverse integrazioni che consentono di ottenere le sensazioni e le percezioni tridimensionali di ciò che ci circonda.



Coni e bastoncelli



I fotorecettori sono particolarmente concentrati nella fovea, la regione centrale della retina, ampia pochi decimi di millimetro. Sono invece totalmente assenti nella regione retinica dalla quale si innesta il nervo ottico.
Ci sono due tipi di fotorecettori: i coni e i bastoncelli. Si tratta di cellule di forma allungata, con un’estremità rivolta internamente al bulbo, costituita da un sottile filamento che termina con un’ingrossatura. Questi due tipi di fotorecettori contengono un foto-pigmento, ossia una sostanza chimica che si trasforma quando assorbe energia luminosa di opportuna lunghezza d’onda, trasducendo lo stimolo luminoso in segnale elettrico.

All’interno della retina vi sono all’incirca 6 milioni di coni e 125 milioni di bastoncelli; i primi sono deputati alla visione diurna, essendo stimolati da luce intensa e in grado di distinguere i colori, mentre si rivelano inefficaci nella visione notturna, per la quale intervengono i bastoncelli che, essendo molto più sensibili alla luce (specialmente nella regione delle corte lunghezze d’onda), consentono di vedere quando questa è estremamente scarsa, poiché è sufficiente uno stimolo luminoso di intensità molto bassa per attivarli, sebbene la visione sia solamente in scala di grigio.
Durante la visione crepuscolare, o mesopica, sono attivi sia i coni sia i bastoncelli, per cui tale visione assume proprietà intermedie tra quella fotopica e quella scotopica.
Nella fovea sono presenti esclusivamente i coni, che qui raggiungono la massima concentrazione (circa 150 000 per mm2), diradandosi poi al suo esterno. Solamente i coni consentono una buona messa a fuoco, quindi di notte, quando questi sono inattivi, vediamo in maniera meno nitida e dettagliata gli oggetti.

La capacità di vedere i colori è una proprietà specifica unicamente della visione diurna (mentre l’intensità luminosa è distinguibile a livello sia fotopico che scotopico), perché per distinguere qualitativamente le radiazioni di lunghezze d’onda differenti occorrono fotorecettori contenenti almeno due diversi tipi di pigmento, la cui sensibilità sia diversa per le varie zone dello spettro visibile. Un unico pigmento, infatti, può essere stimolato allo stesso modo sia utilizzando una sorgente luminosa di lunghezza specifica per quel recettore, sia utilizzando una lunghezza d’onda diversa aumentandone l’intensità.
A livello scotopico sono attivi solamente i bastoncelli, il cui pigmento, la rodopsina (o porpora visiva) non è diversificato e presenta quindi un’unica sensibilità spettrale; a livello fotopico, invece, sono attivi i coni, contenenti fotopsina. Le fotopsine sono di tre tipi: iodopsina, cianopsina e porfiropsina, ognuna delle quali assorbe le varie radiazioni luminose in percentuale diversa; in ogni cono è presente uno solo di questi tre pigmenti.

I coni vengono spesso chiamati (impropriamente) col nome del colore che il loro pigmento consente di assorbire meglio, distinguendosi perciò in coni blu (cianopsina), coni rossi (porfiropsina) e coni verdi (iodopsina).



Curve di assorbimento dei fotorecettori



L’assorbimento dei tre tipi di coni copre regioni dello spettro parzialmente distinte per lunghezza d’onda. I coni rossi sono detti più propriamente coni L (dall’inglese long), poiché la loro curva di assorbimento copre la regione delle lunghezze d’onda medie e lunghe dello spettro visibile (il loro massimo è a circa 560nm), i coni verdi sono detti M (medium), perché coprono le lunghezze intermedie (massimo a circa 530nm) e i coni blu sono detti S (short) poiché la loro curva è spostata sulle lunghezze minori (massimo a circa 420nm). Le curve dei coni L e M sono parzialmente sovrapposte, mentre quella dei coni S è nettamente distinta.

Quando una radiazione monocromatica incide sulla retina, i fotopigmenti L, M e S vengono stimolati in maniera differente, a seconda di come la assorbono. La radiazione solare e le altre radiazioni che coprono un’ampia banda dello spettro visibile, stimolano contemporaneamente i tre tipi di coni. In tal modo siamo in grado di distinguere un numero praticamente illimitato di colori, perché ognuno di essi (avente lunghezza d’onda differente) innesca un particolare e specifico tipo di stimolo nei milioni di coni presenti nella retina.

La diversa intensità luminosa percepita è dovuta invece al fatto che, al cambiare della lunghezza d’onda della radiazione incidente, cambia la possibilità che i fotoni vengano assorbiti da uno specifico dei tre pigmenti, quindi l’ampiezza della risposta elettrica di ogni cono dipende dal numero di fotoni assorbito, ma non dalla lunghezza d’onda ad essi associata.
I coni S sono assenti nell’area centrale della fovea e in tutta la retina non superano il 10% del numero totale di coni, mentre pare che i coni L siano due volte più numerosi dei coni M (dato tuttora da verificare). Data la bassissima percentuale in cui sono presenti i coni S, mentre il loro contributo è importante nella visione cromatica, esso è trascurabile per determinare quanto luminoso appare un certo stimolo.