Segovia, Tadeo N. (2023) Descripción teórico-experimental del proceso de inducción cromática / Theoretical-experimental description of the chromatic induction effect. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
La inducción cromática es el efecto en el que el color percibido de un estímulo cambia en función de la cromaticidad de su entorno. Este cambio es repulsivo, es decir, aumenta el contraste entre el estímulo y su entorno. En este trabajo desarrollamos una descripción teórica del proceso de inducción cromática, basada en un formalismo lineal que contiene un campo receptivo cuyo tamaño característico σ está asociado a propiedades anatómicas y fisiológicas de las redes neuronales subyacentes. En el marco de esta teoría, la capacidad de discriminar colores es óptima cuando la frecuencia espacial del estímulo es igual a 1 σ . Diseñamos y llevamos a cabo experimentos perceptuales que nos permitieron acceder a parámetros de este campo receptivo a través de la determinación de umbrales de discriminación. Siete voluntarios tricrómatas participaron en los experimentos donde se presentaron estímulos cromáticos con una modulación en tres direcciones diferentes del espacio de colores: S, L - M y L + M, las primeras dos direcciones relacionadas a propiedades cromáticas del estímulo y la tercera, relacionada con su luminosidad. Para todos los voluntarios y en las tres direcciones observamos una frecuencia espacial óptima, a partir de la cual obtuvimos el σ del campo receptivo. Observamos que el valor de σ es menor cuando el estímulo está modulado en la dirección L + M en comparación con las otras dos direcciones, siendo aproximadamente 0.8º en la dirección lumínica y 2º en las direcciones cromáticas, para todos los voluntarios. Además, el umbral normalizado es más pequeño en esta dirección. En conclusión, el canal lumínico es más preciso que los canales cromáticos, tanto por tener umbrales más pequeños, como por una mayor resolución espacial. La diferencia de frecuencia ´optima del canal lumínico respecto a la de los canales cromáticos constituye un desafío a la hipótesis del modelo lineal válido para todo el espacio de colores. Los datos indican dos canales de procesamiento paralelos, con tamaños característicos distintos. Si interpretamos los campos receptivos como una medida efectiva de las conexiones laterales en el campo visual, este trabajo sugiere que las conexiones que procesan información sobre luminosidad tienen una extensión lateral menor que las que procesan información cromática.
Resumen en inglés
Chromatic induction is the phenomenon by which the perceived color of a stimulus changes depending on the chromaticity of its surround. This change is repulsive, meaning it increases the contrast between the stimulus and its surround. In this study, we developed a theoretical description of chromatic induction based on a linear formalism that includes a receptive field with a characteristic size σ associated with anatomical and physiological properties of the underlying neural networks. According to this theory, the ability to discriminate colors is optimal when the spatial frequency of the stimulus is 1 σ . We designed and conducted perceptual experiments that allowed us to access parameters of this receptive field by determining discrimination thresholds. Seven trichromatic volunteers participated in experiments where chromatic stimuli were presented with modulation in three different directions in color space: S, L - M, and L + M, the first two directions related to chromatic properties of the stimulus and the third related to its luminosity. For all volunteers and in all three directions, we observed an optimal spatial frequency, from which we obtained the σ of the receptive field. We found that the value of σ is smaller when the stimulus is modulated along the L + M direction compared to the other two directions, with a size of approximately 0.8º in the luminance direction and 2º in the chromatic directions for all volunteers. In addition, the normalized threshold was smaller in this direction. In conclusion, the luminance channel is more precise than the chromatic channels, both due to smaller thresholds and higher spatial resolution. The difference in optimal frequency between the luminance channel and the chromatic channels challenges the hypothesis of a linear model valid for the entire color space. The data indicate two parallel processing channels with different characteristic sizes. If we interpret receptive fields as an effective measure of lateral connections in the visual field, this work suggests that connections processing luminance information have a smaller lateral extent than those processing chromatic information.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ciencias Físicas) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Neural networks; Redes neuronales; Color; Information theory; Teoría de la información; [Perceptual spaces; Espacio perceptual; Computational neuroscience; Neurociencia computacional; Phychophysics; Psicofísica] |
| Referencias: | [1] Vattuone, N. R. Determinación teórico-experimental de la geometría del espacio de colores percibidos bajo la influencia de un entorno cromático. Tesis Doctoral, 2021. 1, 2, 12 [2] Klauke, T., Susanne Wachtler. ”tilt¨ın color space: Hue changes induced by chromatic surrounds. Journal of vision, 15 13, 17, 2015. 1 [3] Enroth-Cugell, C., Robson, J. G. The contrast sensitivity of retinal ganglion cells of the cat. The Journal of physiology, 187 (3), 517–552, 1966. 2, 6, 7 [4] Abd El-Hay, M. Sensation and Perception, págs. 223–232. 2019. [5] Deuchars, S., Deuchars, J. Neuroscience-a novelty for the nervous: neuroscience (1997). BioEssays, 20, 871–872, 1998. 2 [6] Rodieck, R. W. The first steps in seeing. 1998. URL https://api. semanticscholar.org/CorpusID:30956636. 2, 4 [7] Welbourne, L., Morland, A., Wade, A. Population receptive field (prf) measurements of chromatic responses in human visual cortex using fmri. NeuroImage, 167, 11 2017. 2 [8] Conway, B. R., Livingstone, M. S. Spatial and temporal properties of cone signals in alert macaque primary visual cortex. Journal of Neuroscience, 26 (42), 10826– 10846, 2006. URL https://www.jneurosci.org/content/26/42/10826. [9] Kim, K. J., Mantiuk, R., Lee, K. H. Measurements of achromatic and chromatic contrast sensitivity functions for an extended range of adaptation luminance. Proc. SPIE, 8651, 86511A–86511A–14, 2013. URL http://dx.doi.org/10.1117/12.2002178. 2 [10] Gegenfurtner, K. R. Cortical mechanisms of colour vision. Nature Reviews Neuroscience, 4, 563–572, 2003. URL https://api.semanticscholar.org/CorpusID:11505913. 4 [11] Buchsbaum, G., Gottschalk, A. Trichromacy, opponent colours coding and optimum colour information transmission in the retina. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences, 220, 113 – 89, 1983. URL https://api.semanticscholar.org/CorpusID:23369551. 4 [12] Atick, J. J. Could information theory provide an ecological theory of sensory processing?. Network, 3, 213–251, 1992. 4, 5 [13] Werner, J., Chalupa, L. The Visual Neurosciences. A Bradford book. MIT Press, 2004. URL https://books.google.com.ar/books?id=CWYbwQEACAAJ. 4 [14] Kuffler, S. W. Discharge patterns and functional organization of mammalian retina. Journal of neurophysiology, 16 (1), 37–68, 1953. 5, 6 [15] Dayan, P., Abbott, L. F. Theoretical Neuroscience: Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems. The MIT Press, 2001. 5 [16] Hubel, D., Wiesel, T. Republication of the journal of physiology (1959) 148, 574-591: Receptive fields of single neurones in the cat’s striate cortex. The Journal of physiology, 587, 2721–32, 07 2009. 6 [17] Young, R. The gaussian derivative model for spatial vision: I. retinal mechanisms. Spatial vision, 2, 273–93, 02 1987. 6 [18] Maxwell, J. C. On the theory of compound colours, and the relations of the colours of the spectrum. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 150, 57–84, 1860. URL http://www.jstor.org/stable/108759. 7 [19] Krauskopf, J., Gegenfurtner, K. Color discrimination and adaptation. Vision research, 32 (11), 2165–2175, 1992. 7 [20] Vattuone, N., Wachtler, T., Samengo, I. Perceptual spaces and their symmetries: The geometry of color space. arXiv preprint arXiv:2010.00541, 2020. 8 [21] Provenzi, E. Geometry of color perception. Part 1: Structures and metrics of a homogeneous color space. The Journal of Mathematical Neuroscience, 10 (7), 1–19, mayo 2020. URL https://hal.science/hal-02336556. 8 [22] Weisstein, E. W. Hankel transform. https://mathworld.wolfram.com/HankelTransform.html/. Accedido: 2022-27-11. 16 [23] da Fonseca, M., Samengo, I. Derivation of human chromatic discrimination ability from an information-theoretical notion of distance in color space. Neural Computation, 28 (12), 2628–2655, 2016. 21 [24] Apell, J., McNeill, K. Updated and validated solar irradiance reference spectra for estimating environmental photodegradation rates. Environ. Sci.: Processes Impacts, 21, 427–437, 2019. URL http://dx.doi.org/10.1039/C8EM00478A. 22 [25] Barlow, H. Redundancy reduction revisited. Network: computation in neural systems, 12 (3), 241, 2001. 27 |
| Materias: | Física > Neurociencia computacional |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Física médica |
| Código ID: | 1281 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 12 Sep 2024 16:18 |
| Última Modificación: | 12 Sep 2024 16:18 |
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