En esta nueva entrega de la serie “Papers en primera persona”, el Dr. en Física Nicolás Vattuone comparte los detalles de su investigación en torno a la geometría del color y el rol del entorno en la percepción del mismo. El artículo fue publicado en la revista científica Mathematical Neuroscience and Applications.
Fecha de publicación: 04/11/2021
Nicolás Vattuone, flamante Doctor en Física del Instituto Balseiro -recibido el pasado martes 26 de octubre-, desarrolló su tesis en el grupo de Neurociencia Computacional, perteneciente al Departamento de Física Médica del Centro Atómico Bariloche (CAB). Esta investigación tuvo como fruto el artículo titulado “Espacios perceptuales y sus simetrías: La geometría del espacio del color” publicado en Mathematical Neuroscience and Applications.
En este paper se indica que las representaciones mentales, construidas por el cerebro humano a partir de la exposición de los sentidos frente a estímulos externos –como la percepción del color-, difieren respecto de los fenómenos sensoriales provenientes del mundo físico. A su vez, los autores remarcan la importancia en todo este proceso del entorno o contexto, y las propiedades cromáticas del mismo. “Las experiencias perceptuales son subjetivas y privadas”, señala Vattuone en su trabajo, el cual fue publicado en la revista Mathematical Neuroscience and Applications. Además de su marco teórico, el escrito cuenta con un fuerte componente experimental.
Oriundo de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Nicolás Vattuone nació y se crió en el barrio porteño de Parque Patricios. A sus 29 años, ha desarrollado gran parte de su vida académica en el Instituto Balseiro, institución dependiente de la Comisión Nacional de Energía Nuclear (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo (UNCUYO).
En el Balseiro se recibió de Licenciado en Ciencias Físicas, Magíster y Doctor en Física. “Elegí venir al Balseiro porque me daba la posibilidad de dedicarme exclusivamente al estudio en un instituto de excelencia, independizarme económicamente y mudarme a una ciudad bellísima. Agradezco infinitamente que el Instituto me haya dado la oportunidad de pasar todos estos años formándome aquí”, comentó.
El paper surgido de su investigación doctoral, la cual fue realizada con una beca del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), contó con la co-autoría de la Dra. Inés Samengo, del grupo de Neurociencia Computacional en el Departamento de Física Médica del CAB, y del Dr. Thomas Wachtler, de la Universidad Ludwig-Maximilian, de Alemania. Con su doctorado ya finalizado, a Vattuone le surgió la posibilidad de embarcarse en un posdoctorado en el exterior.
A continuación, compartimos la entrevista realizada a Nicolás Vattuone desde el Área de Comunicación Institucional y Prensa del Instituto Balseiro en el contexto de la serie “Papers en primera persona”:
– El paper está firmado por tres personas. ¿En qué consiste tu aporte y cuál fue tu rol en este trabajo, desde tu tesis de Doctorado en Física del IB?
– Al comienzo de mi doctorado, Inés, mi directora, me incorporó dentro de una línea de trabajo en la que venía trabajando con María da Fonseca, que consistía en el estudio del espacio de colores, es decir, el espacio de las representaciones mentales a las que accedemos cuando percibimos que un objeto es de un cierto color. Uno de los objetivos del trabajo era entender de qué modo el contexto en que un estímulo es observado afecta el color que percibimos. Este fenómeno se hace evidente en las llamadas ilusiones ópticas, por ejemplo, hace unos años se popularizó la imagen de un vestido que podía verse como “azul y negro” o “blanco y dorado”, dependiendo de la persona y de la iluminación ambiente. Mi primera contribución fue proponer un modelo teórico que nos permitía describir de qué modo influye en la percepción de un estímulo las propiedades cromáticas de su entorno.
– ¿Cómo siguió la investigación?
– Una vez desarrollado este modelo, procedimos a contrastarlo con datos experimentales, lo cual implicó de mi parte la búsqueda de diversos trabajos experimentales existentes y la aplicación del modelo en cada situación particular para comparar con los datos. En particular, nos interesamos en un trabajo del Dr. Thomas Wachtler de la Universidad Ludwig-Maximilian de Múnich, donde se caracterizaba de qué modo la percepción de un color era afectado por su entorno. Al contactarnos con él para discutir nuestros resultados, Thomas me invitó a su laboratorio con la posibilidad de realizar nuevos experimentos de percepción de color. Junto con Thomas e Inés, diseñé una serie de experimentos que permitían testear predicciones propias de nuestro modelo. Pasé seis meses en Múnich haciendo los experimentos, y luego regresé a Bariloche, donde analicé los datos usando nuestro modelo, encontrando con satisfacción que las predicciones de nuestro modelo estaban en acuerdo con los datos que obtuvimos.
– ¿Podrías explicar, de la manera más sencilla que puedas, qué son los espacios perceptuales?
– El paradigma neurocientífico hipotetiza que las experiencias perceptuales, por ejemplo “la azulidad del cielo”, emergen de la actividad neuronal en nuestro cerebro. Esto significa que son entidades en sí mismas, cuyas propiedades no reflejan necesariamente propiedades del mundo físico. Nuevamente, esto es algo que se evidencia de forma clara en las ilusiones ópticas, por ejemplo, cuando percibimos un cierto patrón estático de figuras como si estuviera moviéndose. Cuando hablamos de espacios perceptuales, nos referimos a que sus elementos se corresponden con experiencias perceptuales. Por definición, las experiencias perceptuales son subjetivas y privadas, por lo que no podemos medirlas de modo directo. Lo que podemos hacer es inferir alguna de sus propiedades en base a experimentos de comportamiento o psicofísicos. Por ejemplo, si queremos saber de qué modo el contexto influye en la percepción de un color, podemos presentarle a una persona estímulos en distintos contextos y ver a qué color se corresponde en cada caso. Esto se realiza mediante los llamados experimentos de “matcheo”, en los que el sujeto debe igualar estímulos presentados en distintos contextos y de este modo podemos saber cuándo dos estímulos son percibidos del mismo color. Esto nos permite pensar un dado color como la clase de todas las combinaciones posibles de estímulo y contexto, en los que el estímulo es percibido de igual manera por un dado sujeto.
– ¿Y la geometría del color entonces qué rol cumple?
– Usando este método para definir un color, nos preguntamos a continuación por la “geometría” del espacio de colores. Etimológicamente, la palabra significa “medir la tierra”, lo cual nos indica que la operación básica necesaria para hablar de geometría es la posibilidad de medir distancias entre puntos. En el espacio físico, todos sabemos cómo usar una regla para medir una distancia. Pero, ¿cómo medimos distancias entre objetos mentales, por ejemplo, entre colores? Todos podemos entender intuitivamente que el rojo y el naranja son colores más parecidos entre sí que el naranja y el azul. Por lo tanto, una “distancia perceptual” debería reflejar esta noción, en la que colores más similares están a una distancia pequeña y colores más diferentes a una distancia grande. La forma que utilizamos para definir esta distancia fue mediante la diferencia apenas perceptible (DAP).
-¿Qué es la diferencia apenas perceptible o DAP?
-La DAP es, dados dos estímulos cromáticos que originalmente son iguales, la cantidad en la que debo modificar uno de ellos para que un sujeto los perciba como diferentes. Si definimos la unidad de distancia perceptual mediante la DAP, obtenemos que dos estímulos cuya distancia es menor a 1 el sujeto va a percibirlos como iguales, mientras que si es mayor los percibirá como diferentes. Para comparar colores lejanos, podemos contar cuántas unidades de DAP hay que atravesar para moverse de un color a otro. Si hacemos esto, veremos que la distancia así definida refleja el hecho de que la cantidad de pasos para moverse del rojo al naranja es menor que para moverse del naranja al azul.
-¿Por qué se enfocaron en el tema de las simetrías?
-En la física clásica, el espacio posee una geometría euclídea, que es la geometría que uno estudia en el colegio y en la que, por ejemplo, la suma de los ángulos interiores de un triángulo da 180° y vale el teorema de Pitágoras. Una de las propiedades del espacio clásico es que es isótropo y homogéneo, esto significa que las mismas leyes geométricas son válidas en cualquier punto del espacio y en cualquier dirección. Estas son las llamadas simetrías del espacio. Las simetrías son esenciales, ya que permiten describir los fenómenos físicos con leyes sencillas y universales. En este trabajo nos preguntamos si, utilizando la geometría perceptual que definimos en el párrafo anterior, encontrábamos evidencia o no de simetrías en el espacio de colores.
-¿Y qué encontraron?
-Sorprendentemente, encontramos evidencia de dichas simetrías al describir los experimentos de matcheo de estímulos en distintos contextos. Concretamente, descubrimos que la interacción que hay entre estímulo y contexto, fenómeno llamado inducción cromática y que da lugar a que el sujeto perciba un dado color, es una interacción que depende sólo de la distancia perceptual entre el color del estímulo y el de su entorno, tal como ocurre, por ejemplo, con la fuerza gravitatoria entre planetas. Este hecho de que dependa sólo de la distancia, significa que la interacción es la misma si yo traslado o roto rígidamente la posición de los colores en el espacio de colores y da evidencia de la isotropía y homogeneidad del espacio.
-¿Cuál considerás que ha sido el principal aporte que muestran en este paper?
-El principal aporte de este trabajo fue, por un lado, dar un marco teórico que permite conectar distintos paradigmas experimentales, esto es, experimentos de matcheo y de distinguibilidad de colores, al dar definiciones rigurosas de conceptos como ‘color’ y ‘distancia entre colores’. Por otro lado, hallar evidencia experimental de simetrías en el espacio de colores abre nuevas posibilidades. Si estas simetrías emergen a nivel de la actividad neuronal, deberíamos ser capaces de encontrar un correlato que quizás nos permite entender mejor de qué modo emerge la percepción de colores. Además, también se ha encontrado evidencia de simetrías en otros procesos neuronales, como en las células grilla en la corteza entorrinal y que están relacionadas con la navegación espacial. La existencia de simetrías sugiere que quizás algo tan complejo como el cerebro pueda ser descrito en algún nivel de abstracción con leyes matemáticas simples.
-¿Qué es lo que más te gustó hacer en esta investigación?
-Lo que más me gustó fue tener la posibilidad de formalizar conceptos que en principio resultan elusivos al referirse a experiencias subjetivas que no podemos medir directamente. Sin embargo, con nuestro trabajo mostramos que dichos conceptos pueden definirse de modo riguroso en términos de experimentos y objetos matemáticos, y que al hacerlo su descripción puede simplificarse mucho.
-¿Cuáles son los siguientes pasos del grupo?
-En este momento estamos trabajando en un nuevo artículo en el que usamos nuestro modelo para explicar experimentos previos. Nuevamente encontramos que podemos traducir experimentos de percepción en problemas puramente geométricos y que las simetrías ocupan un rol clave en la explicación de los resultados experimentales.
-¿Y en tu caso, qué planes tenés?
-Defendí mi tesis de doctorado, el 26 de octubre. Ahora me surgió la posibilidad de realizar un posdoctorado en Francia, en el INRIA (Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique), en la ciudad Sophia Antipolis. Allí trabajaré en “Heterogeneidades en redes neuronales interactuantes” bajo la dirección de Etienne Tanré y Romain Veltz.
-¿Querés agregar algo más?
-El artículo fue publicado en la revista Mathematical Neuroscience and Applications, la cual sigue el modelo “Diamante”, el cual es gratis y abierto tanto para los autores como para los lectores. Me parece importante que cada vez más científicos nos movamos a este modelo de publicación para enfrentar, de este modo, los precios abusivos que se pagan normalmente en una revista.
Por Renzo Cuello Naranjo y Laura García Oviedo / Área de Comunicación del Instituto Balseiro
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Por Renzo Cuello Naranjo y Laura García Oviedo
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Instituto Balseiro, San Carlos de Bariloche, 04/11/2021
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