Οπτική Αντίληψη (ΙΙ) ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ - ΒΑΘΟΣ - ΜΕΓΕΘΟΣ - ΚΙΝΗΣΗ

Transcript

1 Οπτική Αντίληψη (ΙΙ) ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ - ΒΑΘΟΣ - ΜΕΓΕΘΟΣ - ΚΙΝΗΣΗ

2 Οπτική Οδός Αμφιβληστροειδής (αριστερό δεξί μάτι) Οπτικό νεύρο Οπτικό Χίασμα: Το σημείο που καταλήγουν και τα δύο οπτικά νεύρα και διαχωρίζονται Θάλαμος: Έξω γονατώδες σώμα (LGN) Πρωτοταγής Οπτικός Φλοιός: V1 - ταινιωτός φλοιός (striate cortex): Η χαρτογράφηση, συστηματική αναπαράσταση της οπτικής σκηνής (προσανατολισμός) Ανώτερες οπτικές περιοχές (ινιακός και κροταφικός φλοιός, περιοχές) Δύο οπτικά μονοπάτια: η οδός του πως/που και του τι

3 Τι - Πως - Που στον εγκέφαλο Κοιλιακό - πάνω (Ventral): ινιακός - κροταφικός, αναπαράσταση, σχήμα, ταυτότητα Α Βλάβη: οπτική αγνωσία - αδυναμία αναγνώρισης Α μέσω της όρασης Ραχιαίο - κάτω (Dorsal): ινιακός - βρεγματικός, θέση, κίνηση, χωρικές σχέσεις Α (που), έλεγχος, σκόπευση κινήσεων (πως) Βλάβη: οπτική αταξία - αδυναμία καθοδήγησης των κινήσεων μέσω της όρασης

4 Η περίπτωση της DF (Milner & Goodale, 1992) Χ Βλάβη στο κοιλιακό X Αναγνώριση αντικειμένων X Δυσκολία σε orientation matching task Άθικτο ραχιαίο Αναγνώριση Α δια της αφής Κινήσεις σχετικές με το Α Orientation matching task που περιλάμβανε κίνηση Διπλός διαχωρισμός (Double dissociation) Κοιλιακό μονοπάτι: συνείδηση, επίγνωση Ραχιαίο: χωρίς συνείδηση

5 Αντίληψη Αντικειμένων Η αναγνώριση των Α ξεκινάει με την επεξεργασία χαρακτηριστικών χαμηλού επιπέδου (bottom-up processing). Η V1 περιέχει νευρώνες που είναι εξειδικευμένοι σε κάθε δυνατό προσανατολισμό (Hubel & Wiesel :Nobel, 1982) Ανίχνευση ακμών, περιγραμμάτων, διάκριση Α από το φόντο. Οι νευρώνες που εξειδικεύoνται στην ανίχνευση ειδικών χαρακτηριστικών, ονομάζονται ανιχνευτές χαρακτηριστικών (feature-detectors), [ανιχνευτές προσώπων, κτιρίων (κροταφικός)].

6 Είναι τόσο απλά τα πράγματα; (Occlusion)

7 Είναι τόσο απλά τα πράγματα; (Viewpoint invariance)

8 Είναι τόσο απλά τα πράγματα; (Αμφίσημες ή θολές εικόνες)

9 Αναγνώριση Αντικειμένων (Object Recognition) Το ερέθισμα είναι συχνά αμφίσημο. Τα Α μπορεί να είναι θολά ή κρυμμένα. Ανάλογα με την οπτική γωνία δείχνουν διαφορετικά. Το μέγεθός τους αλλάζει όπως προβάλλεται στον αμφιβληστροειδή. Το χρώμα τους αλλάζει ανάλογα με τις διαφορετικές συνθήκες φωτισμού. Κινούμενα Α που μεταβάλλουν διαρκώς τις πληροφορίες που στέλνουν στο οπτικό σύστημα. Υπάρχουν Α που δε βγάζουν νόημα. Ωστόσο η αναγνώριση των Α είναι σχετικά εύκολη και μοιάζει σχεδόν αυτόματη ως διεργασία. Στην πραγματικότητα, την αναγνώριση ενός Α διαμεσολαβούν πολύπλοκες, υπολογιστικές διεργασίες.

10 Πως πραγματοποιείται η αναγνώριση αντικειμένων; (Νευροεπιστήμες) ΑΡΘΡΩΤΗ ΑΠΟΨΗ (MODULAR VIEW) - Υπάρχουν εξειδικευμένοι νευρώνες, σαν τους ανιχνευτές χαρακτηριστικών, ειδικοί για κάθε Α. Ο νευρώνας της γιαγιάς μου (grandmother cell): κάθε νευρώνας εξειδικεύεται σε (πολύ) συγκεκριμένα ερεθίσματα (Konorski & Lettvin). ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ (DISTRIBUTED REPRESENTATION) - Κάθε Α αναπαρίσταται σ ένα σύνολο περιοχών που βρίσκονται κατανεμημένα σε πολλές διαφορετικές εγκεφαλικές περιοχές (distributed or sparse coding). Δεν απαιτείται η ύπαρξη ενός expert-νευρώνα, αλλά είναι το pattern της συνολικής ενεργοποίησης σε πολλές περιοχές που κωδικοποιεί ένα Α. Quiroga et al. 2005: Νευρώνες που αποκρίνονται σε «έννοιες» Α, αδιαφοροποίητη αντίδραση διαφοροποιημένων εκδοχών ενός Α. Αντιληπτική Σταθερότητα (Perceptual Constancy) = H ικανότητα να παραμένει σταθερή η αντίληψη των Α, ακόμα κι αν αλλάζουν κάποια χαρακτηριστικά του.

11 Πως πραγματοποιείται η αναγνώριση αντικειμένων; (ψυχολογία) Θεωρίες Αναγνώρισης των Αντικειμένων 1. Θεωρίες Προτύπων (ή Ταύτισης εικόνων) Αναγνώριση βάσει του συνόλου 2. Θεωρίες Χαρακτηριστικών 3. Gestalt Προσέγγιση Αναγνώριση βάσει των επιμέρους χαρακτηριστικών Το σύνολο είναι κάτι περισσότερο από το άθροισμα των μερών του

12 1. Θεωρίες Προτύπων Το οπτικό ερέθισμα αντιπαραβάλλεται με ήδη αποθηκευμένες εικόνες. Πρότυπη σχηματική μορφή (template): μια νοητική αναπαράσταση, η οποία μπορεί να συγκριθεί απευθείας με ένα ιδωμένο σχήμα στον αμφιβληστροειδή. - Δεν εξηγεί γιατί αναγνωρίζουμε με την ίδια ευκολία Α ακόμα κι όταν αλλάζουν μέγεθος, προσανατολισμό, σχήμα. - Τεράστιος όγκος αποθηκευμένης πληροφορίας, ατελέσφορο σύστημα. Σύμφωνα με τη θεωρία προτύπων θα έπρεπε να έχουμε για κάθε εκδοχή του g μία αποθηκευμένη εικόνα.

13 2. Θεωρία Χαρακτηριστικών (Recognition by components) Η αναγνώριση της μορφής ξεκινά με την εξαγωγή των πιο βασικών δομικών χαρακτηριστικών ενός Α. Τα Α είναι αποθηκευμένα στη μνήμη σα δομικά χαρακτηριστικά: νοητικοί πίνακες περιεχομένων μερών των Α μαζί με τις χωρικές σχέσεις ανάμεσα σε αυτά τα μέρη, ένα είδος γεωμετρικού αλφαβήτου. Τα στοιχεία αυτά ονομάζονται γεόντα (geons). - Αποτελεσματικές στο επίπεδο αναγνώρισης κατηγοριών, όχι όμως ενός ξεχωριστού Α. - Πιο οικολογική θεωρία, εξηγεί view invariance.

14 3. H Gestalt προσέγγιση (μορφοδομική): Αρχές αντιληπτικής οργάνωσης Δεν μπορούν όλες οι αντιλήψεις να αναλυθούν σε μικρότερες δομικές μονάδες (Wertheimer). Ο εγκέφαλος δεν αποδομεί απλά μια εικόνα αλλά στην ουσία την ανασυνθέτει βασιζόμενος σε κάποιες βασικές αρχές αντιληπτικής ομαδοποίησης. Ταιριάζει πολύ με τη φαινομενολογία της αντίληψης, ωστόσο δεν ξεπερνά το περιγραφικό επίπεδο. apparent motion illusion

15 3. H Gestalt προσέγγιση (μορφοδομική): Αρχές αντιληπτικής οργάνωσης Απλότητα (ο κανόνας της καλής μορφής) Pragnanz Law Περάτωση (κλείσιμο) Συνεχές (καλής συνέχειας) Ομοιότητα Εγγύτητα Κοινή μοίρα

16 Βάθος Μέγεθος Ζούμε σ έναν 3D κόσμο, ωστόσο το οπτικό σύστημα επεξεργάζεται 2D εικόνες; (μήκος, πλάτος, βάθος) (μήκος και πλάτος) Αντίληψη βάθους είναι η ικανότητα να αντιλαμβανόμαστε τον χώρο τρισδιάστατο και η σωστή εκτίμηση των αποστάσεων. Πως συμβαίνει αυτό; Ο εγκέφαλος συλλέγει μια σειρά από ενδείξεις βάθους (depth cues). 1. Μονοφθάλμιες (Monocular cues) 2. Διοφθάλμιες (Binocular cues) 3. Κινητικές (Oculomotor cues)

17 1. Μονοφθάλμιες ενδείξεις βάθους (μέγεθος - απόσταση) - Βασίζονται στη σχέση μεγέθους απόστασης Σχετικό μέγεθος (relative size) Οικείο μέγεθος (familiar size): Ο εγκέφαλός μας διαρκώς χρησιμοποιεί τις διαφορές στο μέγεθος της εικόνας του αμφιβληστροειδούς (σχετικό μέγεθος) για να αντιληφθεί την απόσταση. Οικείο μέγεθος - Σταθερότητα μεγέθους (size constancy): Ξέρουμε περίπου το μέγεθος των οικείων Α (π.χ. το ύψος ενός ανθρώπου) και ξέρουμε ότι το μέγεθος δεν αλλάζει. Επομένως όταν το είδωλο ενός ανθρώπου που σχηματίζεται στον αμφιβληστροειδή είναι αρκετά μικρότερο, συνάγουμε ότι αυτός είναι πιο μακριά.

18 1. Μονοφθάλμιες ενδείξεις βάθους (pictorial cues) Εικονογραφικές ενδείξεις γιατί είναι παρούσες και σε δισδιάστατες εικόνες. 1. Γραμμική Προοπτική: Οι παράλληλες γραμμές συγκλίνουν στο βάθος. 2. Διαβάθμιση υφής. 3. Παρεμβολή: Όταν ένα Α κρύβει ένα άλλο. 4. Σχετικό Ύψος: Κοντινά Α πιο χαμηλά στο οπτικό πεδίο, μακρινά πιο ψηλά!

19 Πλάνες βάθους και μεγέθους ΤΗΕ PONZO ILLUSION MULLER-LYER ILLUSION

20 Τι κοινό έχουν οι δυο εικόνες;

21 The Ames Room

22 2. Διοφθάλμια στοιχεία βάθους Διοφθάλμια διαφορά (Binocular disparity): Η διαφορά των εικόνων που προβάλλονται στους αμφιβληστροειδείς των δύο ματιών (κάθε μάτι βλέπει τον κόσμο με ελαφρώς διαφορετική οπτική γωνία). Στερεοσκοπική Όραση (Stereopsis): Η μετατροπή της διοφθάλμιας διαφοράς σε αντίληψη του βάθους Ο εγκέφαλος υπολογίζει αυτή τη διαφορά για να εξάγει πόσο μακριά βρίσκονται τα Α. Οι δύο διαφορετικές εικόνες 2D συγχωνεύονται σε μία 3D εικόνα.

23 3D movies: Ο Ε νομίζει ότι βλέπει δύο διαφορετικές εικόνες, τις οποίες πρέπει να συγχωνεύσει σε μία.

24 Στερεοσκόπιο Εφεύρεση του Charles Wheatstone 1838: επιτρέπει τον διαχωρισμό των δύο οπτικών πεδίων. Εάν προβάλλουμε ελαφρώς εκτοπισμένες εικόνες στα δύο πεδία, το αποτέλεσμα που προκύπτει είναι στερεοσκοπική όραση. Εάν προβάλλουμε δύο εικόνες ακριβώς στο ίδιο σημείο (χωρίς δηλαδή διοφθάλμια διαφορά) τι γίνεται;;;

25 Διοφθάλμιος Ανταγωνισμός (Binocular Rivalry) Όταν βλέπουμε ταυτόχρονα δύο επαρκώς διαφορετικά Α στην ίδια θέση του αμφιβληστροειδούς, τότε ο Ε δεν μπορεί να αποφασίσει ποια εικόνα θα δει. Ο εγκέφαλος νομίζει ότι τα δύο Α καταλαμβάνουν την ίδια θέση στον χώρο. Το αποτέλεσμα είναι αντιληπτικός ανταγωνισμός (perceptual rivalry): Εναλλασσόμενη αντίληψη: διαδοχικές εναλλαγές κυριαρχίας της μιας ή της άλλης εικόνας. Σταθερό ερέθισμα μεταβαλλόμενη αντίληψη: ιδανική μέθοδος για να δούμε που και πως πραγματοποιείται η οπτική επίγνωση.

26 3. Στοιχεία βάθους βασισμένα στην κίνηση Κινητική Παράλλαξη (Motion Parallax): Ο υπολογισμός του βάθους που βασίζεται στην κίνηση της κεφαλής κατά μήκος του χρόνου Διοφθάλμια διαφορά: Υπολογισμός διαφοράς στον χώρο. Κινητική παράλλαξη: Υπολογισμός διαφοράς στον χρόνο. Τα Α αλλάζουν μέγεθος όταν πλησιάζουν ή όταν απομακρύνονται από τον αμφιβληστροειδή.

27 Οπτική ροή Το μοντέλο της κίνησης ενός παρατηρητή που κινείται προς τα εμπρός σε μια σκηνή, είναι μια μορφή κινητικής παράλλαξης. Τα κοντινά σημεία κινούνται πιο γρήγορα, τα μακρινά πιο αργά.

28 Οπτικό σύστημα σε χώρο και χρόνο: Αντίληψη κίνησης Καθώς ένα Α κινείται στον χώρο, ενεργοποιεί διαδοχικά διαφορετικές περιοχές του αμφιβληστροειδούς. Κυκλώματα στον εγκέφαλο εντοπίζουν την αλλαγή θέσης στον χρόνο κι αντιδρούν σε συγκεκριμένη ταχύτητα και κατεύθυνση. Η πιο σημαντική περιοχή που ειδικεύεται στην αντίληψη της κίνησης, βρίσκεται στο ραχιαίο μονοπάτι, στο μέσο κροταφικό λοβό: ΜΤ ή V5 (Zeki - functional specialization hypothesis).

29 Οπτικό σύστημα σε χώρο και χρόνο: Αντίληψη κίνησης

30 Κινούμενος παρατηρητής Ο Εγκέφαλος, εκτός από την αλλαγή θέσης των Α στον χώρο σε σχέση με τον χρόνο, πρέπει να λάβει υπόψιν του τα εξής: - Κίνηση των ματιών (οφθαλμοκινήσεις) - Κίνηση της κεφαλής - Κίνηση του σώματος Αφού τα υπολογίσει όλα αυτά, τα αφαιρεί από την κίνηση του αμφιβληστροειδούς για να υπολογίσει το συνολικό αποτέλεσμα.

31 Ένα σταθερό είδωλο στον αμφιβληστροειδή μπορεί να δημιουργήσει την εντύπωση της κίνησης. Κι ένα κινούμενο είδωλο στον αμφιβληστροειδή μπορεί να μη δημιουργήσει την εντύπωση της κίνησης. Συμπέρασμα: Η πραγματική κίνηση των Α είναι μόνο ένας από τους παράγοντες που ευθύνονται για την αντίληψη της κίνησης.

32 Φαινόμενη Κίνηση (Apparent Motion) Το phi phenomenon. Η αντίληψη της κίνησης ως αποτέλεσμα εναλλασσόμενων σημάτων που εμφανίζονται με γρήγορη αλληλουχία σε διαφορετικά σημεία. Κανόνας ομαδοποίησης της Gestalt: Common fate Η σειρά των φώτων ως ενιαίο κινούμενο Α.

33 Focus, focus, focus Demonstration:

34 Πλάνη του Καταρράκτη (Waterfall Illusion) ΤΙ ΕΙΝΑΙ Παρατεταμένη έκθεση σε κινούμενο ερέθισμα συγκεκριμένης κατεύθυνσης (φάση προσαρμογής) κάνει ένα στατικό ερέθισμα (φάση ελέγχου) να φαίνεται ότι κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση (αντιληπτικό αποτέλεσμα: φαινόμενη κίνηση). *Σε αντίθεση με τα αρνητικά μετεικάσματα, εδώ στη φάση ελέγχου παρουσιάζεται ερέθισμα κι όχι μια λευκή επιφάνεια. ΠΟΥ ΟΦΕΙΛΕΤΑΙ Προσαρμογή κούραση (neural fatigue) ανταγωνιζόμενων νευρωνικών πληθυσμών σε διάφορα στάδια του οπτικού συστήματος επεξεργασίας κίνησης (π.χ. V1, MT ανάλογα με το είδος κίνησης - κύρια αλλά simplified νευροφυσιολογική εξήγηση).

35 ... Έως τώρα - Η αντίληψη και αναγνώριση των Α, η αντίληψη του βάθους, του μεγέθους και της κίνησης είναι, αν και μοιάζουν αυτόματες, εξαιρετικά πολύπλοκες ως διεργασίες. - Ο Ε πρέπει να προσπαθήσει να νοηματοδοτήσει ένα περιβάλλον που διαρκώς αλλάζει. - Για να το κάνει αυτό, προσπαθεί να οργανώσει τα αισθητήρια σήματα που λαμβάνει ταξινομώντας τα βασιζόμενος τόσο στα ερεθίσματα, όσο και σε απλές αρχές αντιληπτικής οργάνωσης (Gestalt), ψάχνοντας για αντιληπτικές σταθερές (π.χ. χρωματική σταθερότητα, σταθερότητα μεγέθους). - Οι αντιληπτικές πλάνες δεν είναι αντιληπτικά λάθη, αλλά αποκαλύπτουν το πως λειτουργεί το οπτικό σύστημα να αποκωδικοποιήσει και να νοηματοδοτήσει τον εξωτερικό κόσμο προκειμένου να αλληλεπιδράσει με αυτόν.

36 Τεστ Αντίληψη Κίνησης Demonstration: Awareness Test Demonstration:

37 Προσοχή Το φαινόμενο της τύφλωσης στην αλλαγή (change blindness) και της τυφλής απροσεξίας (inattentional blindness) μας δείχνουν ότι διαθέτουμε περιορισμένους «πόρους προσοχής» Η προσοχή στην αντίληψη είναι βασική έννοια και λειτουργεί σαν πύλη που ελέγχει τι εισέρχεται στο αντιληπτικό σύστημα και πόσο αποτελεσματικά (ή όχι) μπορεί να το επεξεργαστεί το γνωστικό σύστημα! Don t trust your senses!