Effetto Purkinje

L’effetto di Purkinje (talvolta chiamato spostamento di Purkinje o adattamento scuro) è la tendenza della sensibilità della luminanza di picco dell’occhio umano a spostarsi verso l’estremità blu dello spettro dei colori a livelli di illuminazione bassi. L’effetto prende il nome dall’anatomista ceco Jan Evangelista Purkyně.

Questo effetto introduce una differenza nel contrasto del colore sotto diversi livelli di illuminazione. Ad esempio, in pieno sole, i fiori di geranio appaiono rosso vivo contro il verde opaco delle loro foglie, o adiacenti fiori blu, ma nella stessa scena vista al tramonto, il contrasto è invertito, con i petali rossi che appaiono di un rosso scuro o nero, e le foglie e i petali blu appaiono relativamente luminosi.

La sensibilità alla luce nella visione scotopica varia con la lunghezza d’onda, sebbene la percezione sia essenzialmente in bianco e nero. Lo spostamento di Purkinje è la relazione tra il massimo di assorbimento della rodopsina, che raggiunge un massimo a circa 500 nm, e quello delle opsine nei coni di lunghezza d’onda lunga e di lunghezza d’onda media che dominano nella visione fotopica, a circa 555 nm.

Nell’astronomia visiva, lo spostamento di Purkinje può influenzare le stime visive di stelle variabili quando si usano stelle di confronto di colori diversi, specialmente se una delle stelle è rossa.

Fisiologia
L’effetto si verifica perché i coni sensibili al colore nella retina sono più sensibili alla luce verde, mentre i bastoncelli, che sono più sensibili alla luce (e quindi più importanti in condizioni di scarsa illuminazione) ma che non distinguono i colori, rispondono meglio al verde- luce blu. Questo è il motivo per cui gli umani diventano praticamente daltonici con bassi livelli di illuminazione, ad esempio il chiaro di luna.

L’effetto di Purkinje si verifica nella transizione tra l’uso primario dei sistemi fotopico (a base di cono) e scotopico (a base di bastoncelli), cioè nello stato mesopico: quando l’intensità si attenua, le barre prendono il sopravvento e prima che il colore scompaia completamente, si sposta verso la sensibilità superiore delle aste.

La sensibilità dell’asta migliora notevolmente dopo 5-10 minuti al buio, ma le barre impiegano circa 30 minuti di buio per rigenerare i fotorecettori e raggiungere la piena sensibilità.

Uso di luci rosse
L’insensibilità delle barre alla luce a lunghezze d’onda lunghe ha portato all’uso di luci rosse in determinate circostanze speciali, ad esempio nelle sale di controllo dei sottomarini, nei laboratori di ricerca, sugli aerei o durante l’astronomia ad occhio nudo.

In condizioni in cui è desiderabile avere entrambi i sistemi fotopico e scotopico attivi, le luci rosse forniscono una soluzione. I sottomarini sono ben illuminati per facilitare la visione dei membri dell’equipaggio che lavorano lì, ma la sala di controllo deve essere illuminata in modo diverso per permettere ai membri dell’equipaggio di leggere i pannelli degli strumenti, pur restando oscurati. Usando luci rosse, o indossando occhiali rossi, i coni possono ricevere abbastanza luce per fornire una visione fotopica (vale a dire la visione ad alta acuità richiesta per la lettura). Le aste non sono saturate dalla luce rossa intensa perché non sono sensibili alla luce a lunghezza d’onda lunga, quindi i membri dell’equipaggio rimangono scuri adattati. Allo stesso modo, le cabine di guida dell’aereo usano luci rosse in modo che i piloti possano leggere i loro strumenti e le mappe mantenendo la visione notturna per vedere all’esterno dell’aeromobile.

Le luci rosse sono spesso utilizzate anche nelle impostazioni di ricerca. Molti animali da ricerca (come ratti e topi) hanno una visione fotopica limitata, poiché hanno meno fotorecettori a cono. Usando luci rosse, i soggetti animali sono tenuti “al buio” (il periodo attivo per gli animali notturni), ma i ricercatori umani, che hanno un tipo di cono (il “L cono”) che è sensibile alle lunghe lunghezze d’onda, sono in grado di leggere strumenti o eseguire procedure che risulterebbero impraticabili anche con la visione scotopica adattata completamente al buio (ma a bassa acuità). Per lo stesso motivo, le vetrine di animali notturni vengono spesso illuminate con luce rossa.

Storia
L’effetto fu scoperto nel 1819 da Jan Evangelista Purkyně. Purkyně era un poliziotto che spesso meditava all’alba durante le lunghe passeggiate nei campi fioriti della Boemia. Purkyně notò che i suoi fiori preferiti apparivano di un rosso acceso in un pomeriggio soleggiato, mentre all’alba sembravano molto bui. Ha ragionato che l’occhio non ha uno, ma due sistemi adattati per vedere i colori, uno per l’intensità luminosa complessiva e l’altro per il tramonto e l’alba.

Purkyně ha scritto nel suo Neue Beiträge:

Oggettivamente, il grado di illuminazione ha una grande influenza sull’intensità della qualità del colore. Per provarlo in modo molto vivido, prendi alcuni colori prima dell’alba, quando inizia lentamente a diventare più leggero. Inizialmente si vede solo il nero e il grigio. In particolare i colori più brillanti, rosso e verde, appaiono più scuri. Il giallo non si distingue da un rosso rosato. Il blu è diventato evidente per me prima. Le sfumature di rosso, che altrimenti bruciano più luminose alla luce del giorno, cioè il carminio, il cinabro e l’arancione, si mostrano più oscure per un po ‘, in contrasto con la loro luminosità media. Il verde mi appare più bluastro e la sua tinta gialla si sviluppa con l’aumentare della luce diurna.