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L’assorbimento di un certo numero di fotoni da parte di un fotorecettore (bastoncello o cono) produce una risposta elettrica da parte dello stesso fotorecettore, che viene detta risposta sensoriale. In termini di segnali, lo stimolo, che è un segnale elettromagnetico, viene trasformato in un segnale elettrico a modulazione di ampiezza. Questo processo di trasformazione da segnale elettromagnetico a segnale neurale elettrico è detto trasduzione.

L’ampiezza del segnale elettrico generato da un fotorecettore come risposta all’assorbimento dei fotoni è proporzionale al numero di fotoni assorbiti e viene detta attivazione al fotorecettore. In particolare, le attivazioni ai coni vengono indicate con le stesse lettere con le quali si indicano i tipi di coni: L, M e S.

Qui sotto è riportato lo schema di risposta alla stimolo e di “conteggio” (tecnicamente di “integrazione”) dei fotoni assorbiti dai tre tipi di coni. Lo stimolo spettrale, rappresentato in alto, viene “valutato” con le sensibilità dei tre tipi di coni, cioè moltiplicato per ognuna delle tre curve di sensibilità ottenendo le tre curve dei fotoni assorbiti. Ognuna delle tre curve viene “integrata”, cioè i valori di ogni singola lunghezza d’onda vengono sommati. I tre numeri L, M e S così ottenuti prendono il nome di attivazioni ai coni.

La ragione per cui i bastoncelli non consentono la visione a colori sta nel fatto che i bastoncelli sono di un solo tipo e possono solo “contare” il numero di fotoni assorbiti, non la loro frequenza. Anche i coni possono solo “contare” i fotoni assorbiti, ma il sistema visivo può in qualche modo recuperare l’informazione sulla frequenza dei fotoni (e dunque sul colore) confrontando tra loro i segnali dei tre diversi tipi di coni che vengono stimolati in modo diverso.

Il nostro “spazio dei colori” è tridimensionale

L’esperienza mostra che se due stimoli di colore (presentati isolati dal contesto) producono le stesse attivazioni ai coni di un osservatore, le due sensazioni di colore corrispondono (cioè i colori sono gli stessi) per quell’osservatore. In altre parole, il colore percepito di stimoli isolati è in corrispondenza biunivoca (uno a uno) con la terna delle attivazioni ai coni (L, M, S), la quale terna è allora idonea a specificare la percezione del colore per stimoli isolati dal contesto.

Dunque è importante rendersi conto che la nostra sensazione di colore non è determinata direttamente dalla distribuzione spettrale dello stimolo, bensì dai rapporti tra i tre numeri L, M e S. Il nostro “spazio dei colori” è tridimensionale .

Questa teoria, ampiamente provata, è detta teoria di Young-Helmholtz ed è uno dei fatti su cui si basa la colorimetria.