Studiare la visione cromatica nei pesci con test comportamentali

"Come potete dire quali colori riesce a vedere un animale?"
Questa è una delle domande più frequenti che vengono poste ai ricercatori che abbiano anche solo di sfuggita avuto a che fare con la fisiologia della vista. Non è una domanda peregrina quella di capire come e cosa vedono gli animali, sia in riferimento ai dettagli ambientali che alla percezione cromatica.

La risposta è possibile grazie a due approcci tra loro complementari che potremmo chiamare "meccanicistico" e "comportamentale".
Nell'approccio meccanicistico si parte dalle caratteristiche strutturali (macro e cellulari) dell'occhio per dedurre cosa possa e cosa non possa "vedere" (acutezza visiva e sensibilità cromatica ad esempio) quell'animale.
I test comportamentali analizzano la capacità dell'animale di riconoscere oggetti, forme e colori associandoli ad una ricompensa (il sistema del reward è profondamente innestato nella biologia come guida alla sopravvivenza).

Nota.  Solo limitandoci allo studio della retina si può capire molto osservando l'abbondanza relativa di cellule come i coni e i bastoncelli. Mentre i bastoncelli sono più sensibili alla luce ma incapaci di distinguere diverse lunghezze d'onda, i coni sono la chiave per discriminare i colori a costo di una minore sensibilità. Un dato che spiega per quale motivo con il diminuire della luce i colori percepiti tendano a "scomparire". Inoltre la distribuzione di coni e bastoncelli non è uniforme con i coni che si trovano quasi esclusivamente vicino alla fovea. Anche questo un dato che spiega perché la nostra visione laterale sia sensibile (rilevi qualcosa "con la coda dell'occhio") ma poco dettagliata e "acromatica". Un animale notturno dovrà quindi avere un maggior numero bastoncelli di uno diurno oltre che sistemi per "amplificare" la poca luce disponibile (questa la ragione per cui gli occhi dei gatti, animali notturni, sembrano avere luce propria). Per ragioni simili, nel senso di funzionalmente efficienti, animali che si nutrono di frutta, come i primati, dovranno avere una capacità cromatica nettamente superiore a quella di un erbivoro. I coni si differenziano tra loro per il tipo di fotorecettore che funge da rilevatore della luce. Se noi e un certo numero di primati abbiamo tre tipi di fotorecettori, ciascuno con un picco di sensibilità per il rosso, verde e blu, altri animali ne hanno due (minore necessità di discriminazione cromatica) mentre altri (come molti uccelli) ne hanno quattro. Tra l'altro anche le api hanno una capacità tetracromatica con una sensibilità aggiuntiva per l'ultravioletto, cosa che permette loro di identificare chiaramente alcuni fiori che a noi apparirebbero molto simili ad altri "bluastri".

La sensibilità cromatica negli umani correlata ai tre tipi di coni e al singolo tipo di bastoncelli s
(credit: OpenStax College)

La sensibilità cromatica nelle api. Negli uccelli non è molto diverso --> QUI

La selezione evolutiva che spiega il passaggio da dicromia (maggior parte mammiferi) a tricromia (molti primati) si ritiene sia stata la conseguenza di una dieta più "fruttariana" che vegetariana, da cui la necessità di distinguere visivamente un frutto maturo da uno acerbo. (credit: American Museum of Natural History)

Ma un conto è la previsione (in effetti abbastanza accurata) mediante calcoli basati sulla tipologia, distribuzione e numero dei fotorecettori presenti negli occhi e un altro capire come questa informazione venga poi elaborata nel cervello e, cosa ancora più importante, capire come una registrazione di dati visivi apparentemente caotica venga poi rielaborata per cogliere aspetti come forme e come l'insieme di questi dati venga ricostruito in una immagine capace di "avere un senso" per l'animale (cosa molto diversa dalla nostra elaborazione corticale, alla base del comprendere il mondo), intesa come identificazione di ciò che è utile alla sua vita (dal cibo ad ostacoli sul terreno a predatori).

Per le tematiche attinente a riconoscimento forme e volti vi rimando a due articoli precedenti --> forme e --> volti.

La fisiologia è utile ma le conoscenze non sono ancora tali da permettere previsioni accurate al 100% soprattutto quando oltre ai colori entrano in gioco variabili come la forma, distanza, movimento, ... .

Un esempio di studi comportamentali su animali "difficili" come i pesci, viene dal Brain Institute della università del Queensland in Australia. Qui i ricercatori hanno sviluppato metodi per insegnare ai pesci cosa è utile riconoscere (ad esempio associandolo ad una fonte di cibo) testando in tal modo cosa riescano a vedere nel mondo circostante.
Il nuovo test, basato sul test sul daltonismo di Ishihara e mostrato nel video in calce, è considerato tra i più completi per analizzare nei vertebrati la capacità di percezione cromatica.

Il test classico, volto a capire quali colori l'animale vedesse, si basava su due passaggi. Nel primo si insegnava all'animale a riconoscere il disegno di un quadrato verde in quanto associato al premio (cibo) mettendolo poi di fronte alla scelta tra quadrati rossi e grigi. Il test sarebbe poi continuato diminuendo ad ogni passaggio la differenza cromatica tra i due colori. Due i punti deboli di questo test: c'era sempre la probabilità (50%) che la scelta del pesce fosse stata casuale; per testare un colore diverso bisogna ricominciare da zero l'addestramento di un nuovo pesce.

Il test di Ishihara utilizza numeri o lettere incorporati all'interno di una serie di punti per valutare la capacità delle persone di vedere i colori.

Nel nuovo test i pesci balestra sono stati addestrati (l'incentivo è sempre il cibo) a trovare una particolare macchia di colore all'interno di un campo di macchie.

credit:uq.edu.au

Variando il colore del fondo e del punto target è relativamente semplice testare un'intera gamma di colori nello stesso momento e in condizioni non molto diverse dal loro ambiente naturale.

A che scopo?

Studiare la visione dei colori negli animali ha importanti implicazioni sia per approfondire la correlazione struttura-funzione che per capire l'ampia variabilità cromatica di molte specie di pesci.

Video

Se non vedi il video --> youtube (credit: QldBrainInstitute)

La ricerca, è stata pubblicata sul Journal of Experimental Biology.

Fonte
-  An Ishihara-style test of animal colour vision
Karen L. Cheney et al, Journal of Experimental Biology (2019) 222

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I maschi hanno una intrinseca (e dimostrata) incapacità di identificare in modo conscio molti colori catalogandoli genericamente. Questo libro è un vero campionario cromatico.

Il colore nella storia e nella comunicazione