Cores ilusórias & o cérebro

Novas ilusões visuais sugerem que a percepção de cores está associada à de formas e profundidade.

John S. Werner, Baingio Pinna e Lothar Spillmann

Importantes informações são perdidas quando se vê o mundo em preto-e-branco. As cores não apenas nos permitem enxergar o mundo com mais precisão, mas também criam qualidades emergentes que não existiriam sem elas. A fotografia da página ao lado, por exemplo, revela folhas de outono nas plácidas águas de uma fonte, juntamente com reflexos de árvores e um céu vespertino azul-escuro atrás delas. Na mesma cena vista em preto-e-branco, as folhas se destacam menos, os reflexos de luz são fracos, a água é quase invisível e a diferença aparente de profundidade entre o céu, as árvores e as folhas boiando não existe mais.

Ainda sim, esse papel que as cores exercem e mesmo sua verdadeira natureza não são bem reconhecidos. Muitas pessoas acreditam que a cor é uma propriedade definidora e essencial dos objetos, que depende inteiramente dos comprimentos de onda de luz específicos que são refletidos deles.

Mas essa crença é equivocada. A cor é uma sensação criada pelo cérebro. Se as cores que percebemos dependessem apenas do comprimento de onda da luz refletida, a cor de um objeto pareceria mudar drasticamente com variações de iluminação, com névoa, fumaça e luz de fundo. Pelo contrário, os padrões de atividade no cérebro mantêm a cor de um objeto relativamente estável, apesar de variações no seu ambiente.

Muitos pesquisadores que estudam a visão sustentam que a cor meramente nos auxilia na discriminação de objetos quando diferenças no brilho são insuficientes para tal tarefa. Alguns vão ainda mais longe e dizem que a cor é um luxo, e não realmente uma necessidade: afinal de contas, pessoas completamente daltônicas e muitas espécies de animais parecem se dar bem sem o grau de percepção de cor que a maioria dos humanos tem. A via de reações cerebrais responsável pela navegação e movimento, por exemplo, é essencialmente insensível às cores.

Pessoas que deixam de enxergar cores após um acidente vascular cerebral parecem ter, fora esse problema, percepção visual normal. Tais observações têm sido usadas para defender a idéia de que o processamento das cores tem uma natureza insular e não auxilia na percepção de características visuais como profundidade e forma – ou seja, que as cores têm a ver apenas com matiz, saturação e brilho.

Mas o estudo das cores ilusórias – que o cérebro é induzido a enxergar – demonstra que o processamento de cores no cérebro está atrelado ao processamento de outras propriedades, tais como formas e bordas. Por dez anos, tentamos compreender como as cores influenciam a percepção de outras propriedades dos objetos. Para isso, testamos uma série de novas ilusões, muitas delas criadas por nós. Elas têm nos ajudado a entender como o processamento neural de cores resulta em propriedades emergentes envolvendo formas e bordas. Antes de começar nossa discussão sobre essas ilusões, entretanto, precisamos relembrar como o sistema visual humano processa as cores.

As Vias das Ilusões
A percepção visual começa com a absorção de luz – mais precisamente, a absorção de pacotes discretos de energia chamados fótons – pelos cones e bastonetes localizados na retina (ver quadro na próxima pág.). Os cones são usados para a visão diurna; os bastonetes são responsáveis pela visão noturna. Um fotorreceptor do tipo cone responde de acordo com o número de fótons que captura, e sua resposta é transmitida a dois tipos diferentes de neurônios, as chamadas células bipolares on e off (palavras em inglês para ligado e desligado, respectivamente). Esses neurônios, por sua vez, fornecem input para células ganglionares on e off, que se encontram lado a lado na retina.
As células ganglionares possuem os chamados campos receptores centro-periferia (em inglês, center-surround). O campo receptor de qualquer neurônio relacionado à visão é a área de espaço no mundo físico que influencia a atividade desse neurônio. Um neurônio com um campo receptor centro-periferia responde de maneiras diferentes dependendo da quantidade relativa de luz no centro do campo e na região em volta do centro.

Uma célula ganglionar on dispara intensamente (com freqüência mais alta) quando o centro é mais claro que a periferia e fracamente quando o campo receptor é uniformemente iluminado. Células off se comportam da maneira oposta: respondem quando o centro é mais escuro que a periferia e quase não disparam quando o centro e a periferia são uniformes. Esse antagonismo entre o centro e a periferia significa que as células ganglionares respondem ao contraste, e dessa maneira refinam a resposta do cérebro a margens e bordas.

Os axônios das células ganglionares (fibras) transmitem seus sinais para o cérebro, especificamente para o núcleo geniculado lateral do tálamo (próximo ao centro do cérebro), e daí para o córtex visual (na parte de trás do cérebro). Diferentes populações de células ganglionares são sensíveis a atributos distintos dos estímulos visuais, tais como movimento e forma, e suas fibras conduzem os sinais com velocidades diferentes. Os sinais de cor, por exemplo, são levados pelas fibras mais lentas.

Acredita-se que cerca de 40% ou mais do cérebro humano esteja envolvido no processamento de estímulos visuais. Nas áreas estimuladas no princípio do processamento visual (partes do córtex visual chamadas V1, V2 e V3), os neurônios são organizados em mapas que fornecem uma representação ponto a ponto do campo visual. Daí, os sinais visuais se dispersam para mais de 30 áreas diferentes, interconectadas por mais de 300 circuitos. Cada uma dessas áreas tem funções especializadas, como o processamento de cor, movimento, profundidade e forma, embora nenhuma delas seja a mediadora exclusiva de uma qualidade perceptual. De alguma maneira, no final todas essas informações são combinadas numa percepção unitária de um objeto com cor e forma particulares. Os neurocientistas ainda não entendem com detalhes como isso acontece.

É interessante notar que danos bilaterais a determinadas áreas visuais levam a déficits na percepção de forma e cor, o que fornece ainda mais evidências de que a cor não é desincorporada das outras propriedades de um objeto. A mistura dos sinais de cores no cérebro com sinais contendo informações sobre a forma dos objetos pode resultar em percepções que uma análise dos comprimentos de onda refletidos desses objetos não prevê que ocorram. As ilusões que utilizamos demonstram isso claramente.

O Efeito Aquarela
Um dos nossos primeiros experimentos com cor ilusória ilustra a importância das cores para delinear a extensão e a forma de uma figura. Sob certas condições, a cor percebida muda em resposta à cor circundante; ela pode tornar-se mais distinta (o que é chamado contraste) ou mais semelhante (o que é chamado assimilação). O espalhamento de cores semelhantes (sensação de que uma cor se espalha por uma área maior do que a que ela realmente ocupa) já tinha sido notado em distâncias pequenas, em concordância com o achado de que a maior parte das conexões entre neurônios visuais no cérebro tem um alcance relativamente curto. Assim, ficamos surpresos ao descobrir que quando uma área sem cor é encerrada por duas linhas limitantes de cores diferentes – com a linha interna mais clara que a externa – a cor da linha interna parece se espalhar e preencher o espaço adjacente, mesmo através de distâncias bastante longas.

Porque a cor percebida como espalhada se assemelha a um véu diáfano, como o que é visto em algumas pinturas com aquarela, demos a essa ilusão o nome de efeito aquarela. Descobrimos que o espalhamento requer que os dois contornos sejam contíguos, de maneira que a cor mais escura possa agir como uma barreira que confina o espalhamento da cor mais clara ao interior, ao mesmo tempo que impede que essa se espalhe para o exterior. A figura definida pela aquarela ilusória parece densa e levemente elevada.

Quando as cores do contorno duplo são invertidas, a mesma região parece levemente afastada, e com uma fria cor branca.

O efeito aquarela define o que se torna figura e o que se torna fundo mais poderosamente que as propriedades descobertas pelos psicólogos da Gestalt na virada do século XX, tais como proximidade, boa continuidade, fechamento, simetria e assim por diante. O lado do contorno duplo que tem a cor mais clara preenche o interior com a aquarela, e é percebido como figura, enquanto o lado que tem a cor mais escura é percebido como fundo. Assim, essa assimetria elimina ambigüidades na percepção de uma figura. O fenômeno é reminiscente da noção de Edgar Rubin, um dos pioneiros da pesquisa sobre figura-fundo, de que a borda pertence à figura, e não ao fundo.

Uma explicação neurológica possível para a ilusão da aquarela é que a combinação de um contorno mais claro ladeado por um contorno mais escuro (sobre um fundo ainda mais claro) estimula neurônios que respondem apenas a um contorno que é mais claro no interior do que no exterior, ou a um contorno que é mais escuro no interior que no exterior, mas não a ambos. A posse da borda (se ela pertence à figura ou ao fundo) é provavelmente codificada nas áreas cerebrais V1 e V2, responsáveis pelos estágios iniciais de processamento no córtex visual. Em experimentos com macacos, neurofisiologistas descobriram que aproximadamente metade dos neurônios do córtex visual responde à direção do contraste (se esse fica mais claro ou mais escuro), e portanto poderia delinear a borda. Esses mesmos neurônios têm um papel na percepção de profundidade, que pode contribuir para a distinção entre figura e fundo.

Nossas investigações mostraram que linhas curvas e tortuosas produzem um espalhamento em aquarela mais forte que as linhas retas, provavelmente porque as bordas ondulantes ativam mais neurônios que respondem à orientação. A cor sinalizada por essas margens desiguais deve ser propagada por regiões do córtex que suprem grandes áreas do campo visual, continuando o espalhamento da cor até que células sensíveis a bordas do outro lado da área fechada forneçam uma barreira ao fluxo. Cor e forma são, portanto, ligadas inextricavelmente no cérebro e na percepção, nesse nível de análise cortical.

A ilusão da linha radial fornece mais evidências sobre o papel que a cor exerce na distinção entre figura e fundo. Em 1941, o psicólogo alemão Walter Ehrenstein demonstrou que uma figura circular brilhante preenche visivelmente o espaço central entre uma série de linhas radiais. A figura e a borda circular que a delimita não possuem nenhum correlato no estímulo físico; elas são ilusórias. A superfície ilusória brilhante parece encontrar-se levemente à frente das linhas radiais.

O comprimento, a largura, o número e o contraste entre as linhas radiais determinam a intensidade desse fenômeno. A configuração espacial das linhas necessária para que a ilusão tenha efeito implica a existência de neurônios que respondem à terminação de uma linha. Tais células, chamadas end-stopped, já foram identificadas no córtex visual, e talvez expliquem esse efeito. Esses sinais locais se combinam e viram inputs para um outro neurônio (de segunda ordem), que preenche a área central com brilho aumentado.

Em nossos estudos sobre a ilusão de Ehrenstein, avaliamos variações no número, comprimento e largura das linhas radiais, e os exemplos que apresentamos neste artigo representam os arranjos mais impressionantes que encontramos (ver as ilustrações numeradas). Uma vez que determinamos as características das linhas radiais que produziam o círculo central mais brilhante (1), experimentamos com variações nas propriedades cromáticas do espaço central. Primeiro, adicionamos um ânulo, ou anel, de cor preta à figura de Ehrenstein, e o brilho do espaço central desapareceu completamente – a ilusão foi destruída, como Ehrenstein também já havia notado (ver figura na pág. anterior, em cima). Suspeitamos que esse efeito surge porque o anel silencia as células que sinalizam as terminações das linhas.

Contudo, se o ânulo é colorido, outras células podem ser excitadas por essa mudança. Quando adicionamos cor ao ânulo, o disco branco não apenas pareceu muito mais claro (autoluminoso) que na figura de Ehrenstein, mas também tinha uma aparência mais densa, como se uma pasta branca tivesse sido aplicada à superfície do papel (2). Esse fenômeno nos surpreendeu; qualidades de autoluminosidade e superfície normalmente não aparecem juntas, e são até mesmo consideradas modos opostos, ou mutuamente excludentes, de aparência. Chamamos esse fenômeno de indução de brilho anômala. Como no efeito aquarela, acredita-se que células nas áreas corticais primárias causem essa ilusão.

Em seguida, inserimos um disco cinza no espaço central de uma figura de Ehrenstein (3). Surgiu outro fenômeno chamado lustro cintilante, no qual o brilho ilusório dá lugar à percepção de um brilho trêmulo que ocorre com cada movimento do padrão ou do olho. A cintilação pode surgir por causa da competição que ocorre entre os sistemas on e off: o brilho induzido pela linha (incremento ilusório) compete com o disco cinza escuro (decremento físico). Quando substituímos os discos brancos centrais dentro dos anéis coloridos por discos pretos e utilizamos um contorno preto (4), os discos ganharam aspecto ainda mais escuro que a área circundante fisicamente idêntica. O negrume parece gerar um vazio, ou um buraco negro, que absorve toda a luz.

Quando o disco central dentro do anel cromático era cinza em vez de preto ou branco, o disco parecia piscar e se tingir com a cor complementar do ânulo quando os olhos eram movimentados ou padrão se movia – por exemplo, de verde quando o anel circundante era roxo (5). O contraste anômalo de cor cintilante depende das linhas radiais e do ânulo cromático da mesma maneira que os outros dependem, mas também possui qualidades únicas que não parecem ser uma simples combinação de outros efeitos conhecidos. Nessa ilusão, a cor induzida parece tanto autoluminosa quanto cintilante. Surpreendentemente, ela parece flutuar acima do resto da imagem. A cor da superfície e a cor autoluminosa não se misturam; pelo contrário, uma pertence ao disco na página, e a outra emerge de uma combinação das outras características dos estímulos.

No contraste anômalo de cor cintilante, é possível que as linhas radiais ativem neurônios end-stopped locais, como foi proposto para o preenchimento de espaços pelos contornos ilusórios, mas a atividade dessas células não explica completamente a combinação de cintilação e cor complementar. Não está claro se as linhas radiais exercem um efeito direto sobre o contraste de cor, ou se a vivacidade da cor é derivada indiretamente do lustro e da cintilação causados pela combinação entre as linhas radiais e o centro cinza.

Os conhecimentos atuais sobre o cérebro não permitem explicar tudo o que ocorre nesse processo ilusório. A complexidade da ilusão sugere que é improvável que ela resulte de um processo unitário, e sim que ela representa uma tentativa do cérebro de reconciliar sinais provenientes de múltiplas vias especializadas que rivalizam entre si. Muito trabalho ainda é necessário para entender como o cérebro percebe o mundo físico. Felizmente, pesquisas em andamento sobre cores ilusórias continuarão a oferecer instigantes vislumbres das complexidades do sistema visual humano.

Há muito tempo pesquisadores sustentam que o processamento de cores no cérebro é separado do processamento de outros atributos, tais como profundidade e forma.

O estudo das cores ilusórias, no entanto, demonstra que a percepção de cores gera propriedades emergentes de forma e profundidade.

Os autores utilizaram a chamada ilusão de Ehrenstein para revelar como cor e forma estão relacionadas na percepção do mundo visual pelo cérebro.

Como o cérebro percebe as cores

A percepção das cores começa com a absorção de luz por células chamadas cones, localizadas na retina. A resposta dos cones é transmitida para células bipolares on e off. Por sua vez, estas fornecem input para as células ganglionares on e off também na retina. As células ganglionares têm campos receptores – espaços do mundo físico que determinam a atividade do neurônio – do tipo centro-periferia. Uma célula ganglionar on dispara com alta freqüência quando o centro é mais claro que a periferia e com baixa freqüência quando o campo receptor é iluminado de maneira uniforme. Uma célula off dispara intensamente quando o centro é mais escuro que a periferia e fracamente quando o centro e a periferia são uniformes. Os axônios das células ganglionares transmitem seus sinais ao cérebro, primeiro ao núcleo geniculado lateral, e daí para o córtex visual.

Para conhecer mais
Neon color spreading: a review. P. Bressan, E. Mingolla, L. Spillmann e T. Watanabe, em Perception, vol. 26, no 11, págs. 1353-1366, 1997.

The watercolor effect: a new principle of grouping and figure-ground organization. B. Pinna, J. S. Werner e L. Spillmann, em Vision Research, vol. 43, no 1, págs. 43-52, janeiro de 2003.

The visual neurosciences. Editado por L. M. Chalupa e J. S. Werner. MIT Press, 2004.

Figure and ground in the visual cortex: V2 combines stereoscopic cues with gestalt rules. F. T. Qiu e R. von der Heyt, em Neuron, vol. 47, no 1, págs. 155-166, 7 de julho de 2005.

The watercolor illusion and neon color spreading: a unified analysis of new cases and neural mechanisms. B. Pinna e S. Grossberg, em Journal of the Optical Society of America, vol. 22, no 10, págs. 2207-2221, 2005.

Scientific American Brasil
http://www2.uol.com.br/sciam/

  • euzylene

    olha eu adorei ;; fiz um pesquisa e fiquei sastifeita com o resultado

    xau bjs