5 risposte ai limiti di velocità della percezione visiva umana

La velocità della percezione visiva umana è un argomento sorprendentemente complesso, per il quale non esiste una risposta univoca. Dipende dal tipo di velocità che si vuole osservare. Qui analizzeremo 5 affascinanti aspetti della visione e daremo risposte agli attuali limiti di velocità noti di ciò che possiamo vedere. Buona visione!

1. Qual è il lasso di tempo più breve in cui possiamo percepire un lampo di luce?

Come molte risposte interessanti in ambito scientifico, anche questa è arrivata per caso e si è rivelata ben oltre quanto chiunque avrebbe potuto immaginare.

Diversi astronauti nello spazio hanno riferito di aver visto anomalie inspiegabili, come macchie estremamente brevi e fugaci scie di luce, anche a occhi chiusi. Questi fenomeni si verificavano ogni pochi minuti. Si è scoperto che stavano osservando un fenomeno scoperto di recente, chiamato particelle cosmiche ad alta energia. Si tratta di gran lunga della massa in movimento più veloce nell'universo conosciuto.

Queste particelle esotiche provengono da qualche parte nella nostra galassia, la Via Lattea, ma possono viaggiare così vicino alla velocità della luce che l'energia necessaria per accelerarle è al di là di qualsiasi conoscenza in astrofisica: nemmeno due buchi neri supermassicci in collisione ci arriverebbero! Quando colpiscono l'atmosfera terrestre, la loro energia si trasforma in miriadi di nuove particelle (E = mc²).

Il punto è che a questa velocità estrema, il tempo necessario per percepire particelle così energetiche attraverso la vista umana è dell'ordine dei femtosecondi , letteralmente quadrilionesimi di secondo!

Più luminoso è il flash, minore è il tempo necessario per rilevarlo. Nello spazio l'inquinamento luminoso è trascurabile, quindi il contrasto tra luce e buio è vicino al suo massimo possibile.

Tuttavia, attualmente non si conoscono i meccanismi neurobiologici che regolano la visione di particelle ad alta energia. Probabilmente ciò dipende dal fatto che milioni di neuroni diversi possono potenzialmente captare un input sensoriale, ma meno lo fanno, meno accurata è la percezione. Alcune ricerche dimostrano che i nostri occhi possono potenzialmente rilevare un singolo fotone, ma si tratta di un evento probabilistico.

2. Quanti 'FPS' ci servono per percepire il movimento dei fluidi?

I "fotogrammi al secondo", comunemente noti come "FPS", sono il parametro di riferimento comune per le nostre tecnologie visive, come schermi di computer, TV e fotocamere. Si rivelano un'unità di misura utile anche per gli esseri umani.

La risposta a questa domanda fu scoperta alla fine del XIX secolo, in seguito all'invenzione del cinema. Le prime case cinematografiche scoprirono che 16 FPS erano il minimo indispensabile per ingannare il cervello e fargli percepire il movimento sullo schermo come continuo. Qui possiamo farci un'idea di come il nostro cervello riesca a comporre immagini separate in movimento alla velocità di un film (24 FPS) e di un tipico schermo di un computer (60 FPS).

Questo valore è sorprendentemente basso: ad esempio, molti animali, come gli uccelli, necessitano di almeno 75 FPS solo per percepire il movimento. Per loro, guardare la TV è come vedere una sequenza di immagini statiche separate.

Questa capacità umana in realtà rappresenta un profondo indicatore di quanto poche informazioni visive servano al nostro cervello per estrapolare informazioni sensoriali. Ecco un esempio tratto da uno studio di psicofisica.

Come potete vedere, possiamo costruire un modello interno del movimento a partire da una quantità sorprendentemente ridotta di indizi: i nostri centri visivi fanno il lavoro più gravoso per noi!

3. Quanti lampi di luce al secondo sono necessari? Considera la luce come continua.

La risposta si chiama " Flicker Fusion Threshold"e risale anch'essa ai primi pionieri del cinema. Sebbene il movimento potesse essere percepito a 16 FPS, il lampeggiamento dello schermo a questa velocità era considerato insopportabile. Ecco un esempio tratto dal primo film mai realizzato.

Per risolvere questo problema, è stata sviluppata una nuova tecnologia di otturatore che consente di far lampeggiare ogni singolo fotogramma più volte in successione. La frequenza con cui il flash diventava confortevole e relativamente impercettibile era di circa 46 flash al secondo.

Pertanto, la nostra capacità di percepire coscientemente impulsi luminosi opera a una velocità circa tre volte superiore a quella della nostra capacità di movimento in termini di FPS. In breve, siamo molto più sensibili alla luminanza che al movimento.

4. Quanto velocemente possiamo percepire l'assenza di luce?

In altre parole, quanto velocemente possiamo rilevare un lampo nero in mezzo a una luce continua? Sono state condotte ricerche in questo ambito su persone giovani e anziane per studiare la degenerazione della vista con l'invecchiamento. È stato riscontrato che il rilevamento avviene su una scala temporale di 18 millisecondi per i giovani adulti e di 22 millisecondi per gli anziani.

Ciò si traduce in un valore compreso tra 45 e 55 FPS, quando un fotogramma scuro diventa impercettibile o privo di sfarfallio. L'importante è che questa sia la media, ma i risultati individuali variano significativamente.

Anche in un piccolo gruppo di studio, alcuni partecipanti sono stati in grado di individuare un singolo lampo nero tra 500 FPS di lampi di luce (o 2 millisecondi). Anche in questo caso, si tratta di un lampo estremamente rapido. In confronto, per sbattere le palpebre ci vogliono dai 100 ai 400 millisecondi, un valore comunemente ignorato dall'esperienza cosciente.

5. Per quanto tempo dobbiamo vedere una scena per poterla identificare?

Una ricerca del 2014 sul riconoscimento rapido delle immagini ha scoperto che possiamo rilevare scene specifiche in tempi molto più brevi di quanto si pensasse in precedenza. In esperimenti in cui diverse immagini casuali (ad esempio una casa, un cane, una foresta, ecc.) venivano mostrate in rapida successione, i soggetti riuscivano a riconoscere o ricordare una scena specifica in appena 13 millisecondi.

Ciò si traduce nella visualizzazione di 75 immagini diverse in un solo secondo, e nella possibilità di stabilire con una certa affidabilità se un'immagine specifica era presente o meno. Potete constatare voi stessi quanto sia straordinariamente veloce.

È interessante notare che questo non è risultato essere il limite, ma era semplicemente il massimo a cui i ricercatori riuscivano a visualizzare le immagini in quel momento.

Ecco fatto, spero abbiate imparato che la vista umana è più profonda e misteriosa di quanto pensaste e che è davvero straordinaria. Se volete approfondire l'argomento, questo fantastico video di TechLaboratories offre ulteriori dettagli.