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Percezione del movimento
Corso di Principi e Modelli della Percezione
Prof. Giuseppe Boccignone
Dipartimento di Scienze dell’InformazioneUniversità di Milano
[email protected]://homes.di.unimi.it/~boccignone/GiuseppeBoccignone_webpage/Modelli_Percezione.html
Percezione del movimento
• L’impressione percettiva che un oggetto nel nostro campo visivo si è mosso o si sta muovendo
• Perchè è importante il movimento?
• Quali sono le basi neurobiologiche?
• Come è rilevato (motion detection)?
• Come possiamo modellarlo?
Percezione del movimento
//importanza
• Segregazione di figura e sfondo: il moto relativo identifica oggetti
Percezione del movimento
//importanza
• Navigazione
Percezione del movimento
//importanza
• Strutture tridimensionali: effetto cinetico di profondità
• Il tipo di movimento congruo allo spostamento di agenti biologici (i.e., umani, animali)
Percezione del movimento
//importanza
Percezione del movimento
//movimento del prim’ordine
• Percezione del movimento di un oggetto dovuta a un cambiamento di luminanza rispetto allo sfondo
• E l’illusoria impressione di un movimento creata dalla accensione in tempi diversi ed in rapida successione di luci statiche
• Scoperto da Sigmund Exner (1875)
• I circuiti neurali deputati all’analisi del moto non necessitano di un moto reale per attivarsi
Percezione del movimento
//movimento del prim’ordine: moto apparente
Percezione del movimento
//movimento del prim’ordine: moto apparente
• Fenomeni beta e phi: movimento apparente dovuto a impulsi luminosi in sequenza
• E’ la base del cinema: ad un certo frame-rate (12 fps) si inizia a percepire il
• Il problema generale è quello del movimento apparente (movimento illusorio che ha luogo quando nulla si muove fisicamente, ovvero non vi è movimento reale).
• Vari fenomeni tra cui il movimento stroboscopico (cambiamenti discreti e successivi delle posizioni dello stimolo che inducono una precezione del movimento continuo): è l'esempio più rilevante, tanto da diventare sinonimo di movimento apparente, ed è la base della percezione del movimento nel cinema.
• La condizione più semplice è rappresentata da due luci in posizione A e B A ! ! <---------------> ! ! !B
• A si accende e B si spegne e viceversa.
• Se le condizioni spaziotemporali (frequenza di spegnimento accensione e distanza d(A,B) ) sono appropriate si percepisce un movimento A -> B.
Percezione del movimento
//movimento del prim’ordine: moto apparente
• Wertheimer aveva distinto diversi stadi:
• se il ritmo di alternanza è troppo elevato !da movimento apparente si passa a movimento simultaneo (si percepiscono due luci che si accendono in locazioni diverse)
• aumentando l'intervallo di tempo, si passa attraverso vari stadi:
• movimento parziale !-> movimento ottimale (beta) -> movimento puro (fenomeno \phi) -> successione delle due luci che si accendono alternativamente.
• si puo' ottenere ottenere movimento apparente fino ad una d(A,B)= 18° (gradi di angolo visivo), dove per produrre movimento ottimale l'intervallo di tempo deve crescere al crescere di d(A,B)
• Il termine \phi dovrebbe essere riservato all'illusione per cui ha luogo un movimento mentre niente si muove. Attualmente lo si usa per tutte le forme di movimento stroboscopico e il fenomeno \phi in senso stretto viene indicato come "\phi puro", che ha luogo con un tempo un po' piu' lungo di quello che produce movimento ottimale.
• Il movimento \beta è sinonimo di movimento apparente ottimale
Percezione del movimento
//movimento del prim’ordine: moto apparente
Percezione del movimento:
//rilevare il movimento del primo ordine
• Come è possibile costruire un detettore per il movimento?
• Va considerato il cambiamento di posizione nel tempo
• Quindi è un buon inizio considerare due recettori adiacenti divisi da una distanza stabilita e fissa
Percezione del movimento
//livello neurofisiologico
• Come è possibile costruire un detettore per il movimento?
• Va considerato il cambiamento di posizione nel tempo
• Quindi è un buon inizio considerare due recettori adiacenti divisi da una distanza stabilita e fissa
Percezione del movimento
//livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt
Percezione del movimento
//livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt
filtro passa basso
filtro passa alto
stimolo
Percezione del movimento
// il detettore di Reichardt come filtro spazio-temporale
• Il modello di Reichardt è stato costruito per la mosca
• Cosa succede nel nostro cervello?
Percezione del movimento
//livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt
Percezione del movimento//la corteccia striata: selezione informazione
Via magnocellulare: localizzazione e movimento (dove)
Vie parvicellulare- blob:percezione dei colori e parvicellulare-interblob:analisi delle forme (cosa)
Vie binoculari tridimensionalità dell’oggetto
• E’ rappresentabile come un pattern continuo spazio-temporale in coordinate (x,y,t) o (x,t)
RappresentazioneX-Y-T
Percezione del movimento//rappresentazione X-Y-T
Percezione del movimento//la corteccia striata: selezione informazione
Via magnocellulare: localizzazione e movimento (dove)
Qual è la risposta impulsiva di questi neuroni?
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
• Idea: se il moto è un pattern orientato in X-Y-T, l’analisi del movimento è come l’analisi dell’orientazione (vedi Gabor)
• La risposta dei neuroni sensibili al movimento è modellata come la risposta impulsiva di filtri spazio-temporali
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
• La risposta dei neuroni sensibili al movimento è modellata come la risposta impulsiva di filtri spazio-temporali
• Questi possono essere visti come somma nel tempo di filtri spaziali di Gabor
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
• La risposta dei neuroni sensibili al movimento è modellata come la risposta impulsiva di filtri spazio-temporali
• Questi possono essere visti come somma nel tempo di filtri spaziali di Gabor
• Essendo filtri lineari sono separabili nelle varie componenti spaziali e temporali (ovvero si ottengono moltiplicando le varie componenti
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
• La risposta dei neuroni sensibili al movimento è modellata come la risposta impulsiva di filtri spazio-temporali
• Questi possono essere visti come somma nel tempo di filtri spaziali di Gabor
• Essendo filtri lineari sono separabili nelle varie componenti spaziali e temporali (ovvero si ottengono moltiplicando le varie componenti
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
• La risposta di questi può essere combinata per ottenere la risposta impulsiva di neuroni sensibili per il movimento verso destra o verso sinistra
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
Energia “orientata”
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
Rappresentazione X-Y-T
Opponenza di movimento
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
Non distingue tra moto a destra e sinistra e dipende
dalla fase
Distingue tra moto a destra e sinistra e dipende
dalla fase
Distingue tra moto a destra e sinistra e non
dipende dalla fase
Contrasto di movimento=
opponenza
Percezione del movimento//la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen
Percezione del movimento//Reichardt vs. Adelson-Bergen
• Evidenze sperimentali nella V1
Percezione del movimento//la corteccia striata: evidenze empiriche
Percezione del movimento//la corteccia striata: selezione informazione
Via magnocellulare: localizzazione e movimento (dove)
Percezione del movimento//Post illusione di movimento
Percezione del movimento//Post illusione di movimento
Percezione del movimento//Post illusione di movimento
Percezione del movimento//Post illusione di movimento
Percezione del movimento//Post illusione di movimento
• L’illusione del movimento di un oggetto stazionario dopo una prolungata esposizione ad un movimento reale
• L’esistenza di tale illusione implica l’esistenza di processi di opponenza per la percezione del movimento tipo quelli attivi per la percezione del colore
Percezione del movimento//Post illusione di movimento
• Movimento di primo ordine: Movimento di un oggetto definito da differenze di luminanza
• Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza
Percezione del movimento
//movimento del second’ordine
• Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza
• Il modello di Adelson e Bergen non è in grado di rilevarlo
Percezione del movimento
//movimento del second’ordine
Percezione del movimento
//movimento del second’ordine
• Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza
• Il modello di Adelson e Bergen non è in grado di rilevarlo
Percezione del movimento
//movimento del second’ordine: soluzione
• Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza
• Il modello di Adelson e Bergen non è in grado di rilevarlo
• Occorre introdurre una non linearità per rilevare la tessitura
Percezione del movimento
//movimento del second’ordine: soluzione
• Apertura: L’apertura è una fessura che permette solamente una visione parziale dell’oggetto.
Percezione del movimento
//il problema dell’apertura
• Apertura: L’apertura è una fessura che permette solamente una visione parziale dell’oggetto.
• Il problema della corrispondenza (di moto): Il porblema affrontato dai detettori di movimento per sapere quale feature presente in un frame N, corrisponde ad una particolare feature del frame N-1
• Il problema dell’apertura: Riguarda il fatto che quando un oggetto in movimento è visto attraverso una fessura, localmente (a livello dell’analisi di un detettore cioè) la direzione del movimento può risultare ambigua
Percezione del movimento
//il problema dell’apertura
Percezione del movimento
//il problema dell’apertura
• Apertura: L’apertura è una fessura che permette solamente una visione parziale dell’oggetto.
• Il problema della corrispondenza (di moto): Il porblema affrontato dai detettori di movimento per sapere quale feature presente in un frame N, corrisponde ad una particolare feature del frame N-1
• Il problema dell’apertura: Riguarda il fatto che quando un oggetto in movimento è visto attraverso una fessura, localmente (a livello dell’analisi di un detettore cioè) la direzione del movimento può risultare ambigua
• Poiché i neuroni di V1 vedono il mondo attraverso piccole finestre (i loro campi recettivi) questo porta al ben noto problema dell’apertura
Percezione del movimento
//il problema dell’apertura
Percezione del movimento
//Detezione del movimento globale
• Abbiamo degli indizi per individuare la posizione nel sistema percettivo dei detettori di moto globale:
• Lesioni negli strati magnocellulari del Corpo Genicolato Laterale rendono deficitaria la percezione di oggetti grandi ed in movimento rapido
• Lobo Temporale mediale: Gioca un ruolo molto importante nella percezione del movimento
• La maggior parte dei neuroni in MT sono sensibili ad una particolare direzione di movimento
Percezione del movimento
//Detezione del movimento globale
Percezione del movimento
//Detezione del movimento globale
• Lobo Temporale mediale: Gioca un ruolo molto importante nella percezione del movimento
• La maggior parte dei neuroni in MT sono sensibili ad una particolare direzione di movimento
Percezione del movimento
//Detezione del movimento globale
• Il paradigma di Newsome e Pare
Percezione del movimento
//Detezione del movimento globale
• Da esperimenti sulle scimmie (Newsome e Pare, 1988)
• Utilizzavano scimmie addestrate a percepire il movimento di punti correlati
• Le aree MT delle scimmie venivano lesionate
• Risultati: Le scimmie necessitavano di un livello di segnale (in termini di “robustezza” del movimento in una direzione dei pallini) 10 volte più alto rispetto a prima
• Svantaggi dell’usare i metodi di lesionamento selettivo per lo studio del moto:
• Sono metodi invasivi
• Le lesioni possono essere incomplete o danneggiare altre aree oltre a quelle di interesse
Percezione del movimento
//Detezione del movimento globale
Percezione del movimento
//Detezione del movimento globale
Percezione del movimento
//Detezione del movimento globale: risultato
• Ci sono prove molto robuste sia fisiologiche che comportamentali a sostegno dell’idea che l’area MT sia coinvolta nella percezione globale del movimento