Визуальное пространство

Визуальное пространство — это восприятие пространства осознающим наблюдателем . Это субъективный аналог пространства физических объектов. В философии, а затем и в психологии существует долгая история сочинений, описывающих визуальное пространство и его связь с пространством физических объектов. Неполный список мог бы включать Рене Декарта , Иммануила Канта , Германа фон Гельмгольца , Уильяма Джеймса , и это лишь некоторые из них.

Объектное пространство и визуальное пространство.

Пространство физических объектов

Расположение и форму физических объектов можно точно описать с помощью инструментов геометрии. Для практических целей пространство, которое мы занимаем, является евклидовым . Он трехмерен и его можно измерить с помощью таких инструментов, как линейки. Его можно определить количественно, используя системы координат, такие как декартовы x, y, z, или полярные координаты с углами возвышения, азимутом и расстоянием от произвольного начала координат.

Пространство зрительных восприятий

Восприятия , двойники сознательного восприятия наблюдателем объектов в физическом пространстве, составляют упорядоченный ансамбль или, как Эрнст Кассирер , объяснил ^[1] Визуальное пространство невозможно измерить линейками. Исторически философы использовали самоанализ и рассуждения для его описания. С развитием психофизики , начиная с Густава Фехнера , были предприняты попытки разработать подходящие экспериментальные процедуры, которые позволяют разрабатывать и проверять объективные описания визуального пространства, включая геометрические описания. Пример иллюстрирует взаимосвязь понятий предмета и визуального пространства. Наблюдателю предъявляются две прямые линии, которого просят расположить их так, чтобы они казались параллельными. Когда это будет сделано, линии станут параллельными в визуальном пространстве. Тогда станет возможным сравнение с фактически измеренным расположением линий в физическом пространстве. Хорошей точности можно достичь, используя эти и другие психофизические процедуры у людей-наблюдателей или поведенческие процедуры у дрессированных животных. ^[2]

Визуальное пространство и поле зрения

Зрительное поле , область или протяженность физического пространства, отображаемого на сетчатке, следует отличать от пространства восприятия , в котором расположены зрительные восприятия, которое мы называем зрительным пространством . Путаницу вызывает использование Sehraum в немецкой литературе для обоих. Нет сомнения, что Эвальд Геринг и его последователи имели в виду визуальное пространство в своих произведениях. ^[3]

Пространства: формальное, физическое, перцептивное.

Фундаментальное различие было проведено Рудольфом Карнапом между тремя видами пространства, которые он назвал формальным , физическим и перцептуальным. ^[4] Математики, например, имеют дело с упорядоченными структурами, ансамблями элементов, для которых действуют правила логико-дедуктивных отношений, ограниченные исключительно тем, что они не противоречивы сами себе. Это формальные пространства. По Карнапу, изучение физического пространства означает изучение отношений между эмпирически определенными объектами. Наконец, существует область того, что изучающие Канта знают как Anschauungen , непосредственные сенсорные переживания, часто неловко переводимые как « апперцепции », которые принадлежат перцептивным пространствам.

Визуальное пространство и геометрия

Геометрия — это дисциплина, посвященная изучению пространства и правил, связывающих элементы друг с другом. Например, в евклидовом пространстве теорема Пифагора дает правило для вычисления расстояний по декартовым координатам . В двумерном пространстве постоянной кривизны, таком как поверхность сферы, правило несколько сложнее, но применимо везде. На двумерной поверхности футбольного мяча правило еще более сложное и имеет разные значения в зависимости от местоположения. В пространствах с хорошим поведением такие правила, используемые для измерения, называемые метриками , классически обрабатываются математикой, изобретенной Риманом . Пространство объектов принадлежит этому классу.

В той степени, в которой оно достижимо с помощью научно приемлемых зондов, визуальное пространство в его определении также является кандидатом на такие рассмотрения. Первый и удивительно пророческий анализ был опубликован Эрнстом Махом. ^[5] в 1901 году. Под заголовком «Физиологическое пространство в отличии от геометрического пространства» Мах утверждает, что «оба пространства представляют собой тройные многообразия», но первое «... не существует ни повсюду и во всех направлениях одинаково, ни бесконечно по протяженности, ни неограниченно». Заметная попытка строгой формулировки была сделана в 1947 году Рудольфом Люнебургом , который предшествовал своему эссе по математическому анализу зрения. ^[6] путем глубокого анализа основополагающих принципов. Когда признаки достаточно единичны и различимы, не возникает проблемы соответствия между отдельным элементом А в пространстве объектов и его коррелятом А' в визуальном пространстве. Можно задавать вопросы и отвечать на них, например: «Если зрительные восприятия A',B',C' являются коррелятами физических объектов A,B,C, и если C лежит между A и B , находится ли C' между A' и B' ?" Таким образом, можно приблизиться к возможности того, что визуальное пространство будет метрическим. Если упражнение окажется успешным, можно многое сказать о природе отображения физического пространства на визуальном пространстве.

На основании отрывочных психофизических данных предыдущих поколений Люнебург пришел к выводу, что зрительное пространство гиперболично с постоянной кривизной, то есть элементы могут перемещаться по пространству, не меняя формы. Один из основных аргументов Люнебурга заключается в том, что, в соответствии с общим наблюдением, трансформация, включающая гиперболическое пространство, превращает бесконечность в купол (небо). Предложение Люнебурга вызвало дискуссии и попытки подтверждения экспериментов, которые в целом не в его пользу. ^[7]

В основе проблемы, но недооцененный математиком Люнебургом, лежит вероятный успех математически жизнеспособной формулировки отношений между объектами в физическом пространстве и восприятиями в визуальном пространстве. Любое научное исследование визуального пространства окрашено типом доступа к нему, а также точностью, повторяемостью и общностью измерений. Можно задать проницательные вопросы о сопоставлении визуального пространства с пространством объектов. ^[8] но ответы в основном ограничены в диапазоне их достоверности. Если физическая обстановка, которая удовлетворяет критерию, скажем, кажущегося параллелизма, меняется от наблюдателя к наблюдателю, изо дня в день или от контекста к контексту, то же самое происходит и с геометрической природой и, следовательно, с математической формулировкой визуального пространства.

Несмотря на все эти аргументы, существует значительное соответствие между расположением предметов в пространстве объектов и их коррелятами в визуальном пространстве. Для нас вполне достоверно очень эффективно ориентироваться в мире, отклонения от такой ситуации достаточно заметны, чтобы заслуживать специального рассмотрения. Агнозия зрительного пространства является признанным неврологическим заболеванием, и многие распространенные искажения, называемые геометрическо-оптическими иллюзиями , широко демонстрируются, но имеют незначительные последствия.

Нейронное представление пространства

Фехнера. Внутренняя и внешняя психофизика

Ее основатель Густав Теодор Фехнер определил миссию дисциплины психофизики как функциональные взаимоотношения между ментальным и материальным мирами — в данном конкретном случае визуальным и объектным пространствами — но он признал промежуточный шаг, который с тех пор превратился в главный. предприятие современной нейробиологии. Различая внутреннюю и внешнюю психофизику, Фехнер признавал, что физический раздражитель порождает восприятие путем воздействия на сенсорную и нервную системы организма. Следовательно, не отрицая того, что его сущностью является дуга между объектом и восприятием, исследование может касаться нейронного субстрата визуального пространства. ^{[ нужна ссылка ]}

Ретинотопия и не только

Две основные концепции, возникшие в середине XIX века, задают параметры дискуссии. Йоханнес Мюллер подчеркивал, что в нейронном пути главное — это связь, которую он устанавливает. ^{[ нужна ссылка ]} и Герман Лотце , исходя из психологических соображений, сформулировал принцип локального знака. ^{[ объяснить ]}. ^{[ нужна ссылка ]} Выражаясь современными нейроанатомическими терминами, они означают, что нервное волокно из фиксированного участка сетчатки дает команду своим целевым нейронам в мозге о наличии стимула в том месте зрительного поля глаза, которое там отображается. Упорядоченный набор участков сетчатки сохраняется при переходе от сетчатки к мозгу и обеспечивает то, что метко называют « ретинотопическим» картированием в первичной зрительной коре . Таким образом, деятельность мозга в первую очередь сохраняет относительную пространственную упорядоченность предметов и закладывает основы нейронного субстрата зрительного пространства.

К сожалению, на этом простота и прозрачность заканчиваются. В самом начале зрительные сигналы анализируются не только на предмет их положения, но и отдельно в параллельных каналах на многие другие атрибуты, такие как яркость, цвет, ориентация, глубина. Ни один нейрон или даже нейронный центр или цепь не отражают одновременно природу целевого объекта и его точное местоположение. Единое отображение предметного пространства в связное зрительное пространство без внутренних противоречий и несоответствий, которые мы как наблюдатель автоматически испытываем, требует представлений о совместной деятельности нескольких отделов нервной системы, что в настоящее время находится за пределами досягаемости нейрофизиологических исследований.

Разместить ячейки

Хотя детали процесса возникновения зрительного пространства остаются неясными, поразительное открытие дает надежду на будущие открытия. были продемонстрированы нейронные единицы В структуре мозга, называемой гиппокампом, , которые проявляют активность только тогда, когда животное находится в определенном месте окружающей среды. ^[10]

Пространство и его содержание

Только в астрономическом масштабе физическое пространство и его содержимое взаимозависимы. Это главное положение общей теории относительности не имеет значения для зрения. Для нас расстояния в объектном пространстве не зависят от природы объектов.

Но в визуальном пространстве все не так просто. Как минимум, наблюдатель оценивает относительное расположение нескольких световых точек в темном поле зрения — упрощенное расширение предметного пространства, которое позволило Люнебургу сделать некоторые утверждения о геометрии визуального пространства. В более богато текстурированном визуальном мире различные зрительные восприятия несут с собой предшествующие перцептивные ассоциации, которые часто влияют на их относительное пространственное расположение. Идентичные разделения в физическом пространстве могут выглядеть совершенно по-разному ( они совершенно различны в визуальном пространстве) в зависимости от особенностей, которые их разграничивают. Это особенно верно в измерении глубины, поскольку аппарат, с помощью которого присваиваются значения в третьем визуальном измерении, принципиально отличается от аппарата для определения высоты и ширины объектов.

Даже при монокулярном зрении , которое физиологически имеет только два измерения, признаки размера, перспективы, относительного движения и т. д. используются для определения различий в глубине восприятия . Если рассматривать это как математическую/геометрическую задачу, расширение двумерного многообразия объектов в трехмерный визуальный мир является «некорректным», то есть не допускающим рационального решения, но вполне эффективно выполняется человеком-наблюдателем.

Проблема становится менее некорректной, когда бинокулярное зрение позволяет фактическое определение относительной глубины с помощью стереоскопии , но его связь с оценкой расстояния в двух других измерениях неопределенна (см.: стереоскопическое воспроизведение глубины ). Следовательно, несложное трехмерное визуальное пространство повседневного опыта является продуктом множества перцептивных и когнитивных слоев, наложенных на физиологическое представление физического мира объектов.

Ссылки

^ Кассирер Э (1944). «Понятие группы и теория восприятия». Философия и феноменологические исследования . 5 (1): 1–35. дои : 10.2307/2102891 . JSTOR 2102891 .
^ Вагнер М (2006). Геометрия визуального пространства . Лоуренс Эрлбаум Ассошиэйтс. стр. 6–7. ISBN 0-8058-5253-0 .
^ Чермак А (1947). Введение в физиологическую оптику . Вена: Спрингер В.
^ Карнап Р. (1922). «Пространство». Кант изучает дополнительную брошюру . п. 56.
^ Мах Э (1906). Пространство и геометрия . Чикаго: Издательство Open Court.
^ Люнебург РК (1947). Математический анализ бинокулярного зрения . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета.
^ Вестхаймер Г. (2006). «Глава 3: Геометрия и пространственное видение». Дженкин М.Р., Харрис Л.Р. (ред.). Видение пространственной формы . Издательство Оксфордского университета. стр. 35–41. ISBN 978-3-540-48270-3 .
^ Фоли Дж. М. (1964). «Дезаргово свойство в визуальном пространстве». Журнал Оптического общества Америки . 54 (5): 684–692. Бибкод : 1964JOSA...54..684F . дои : 10.1364/JOSA.54.000684 .
^ Беттс Дж.Г. и др. (2013). «Анатомия и физиология» . ОпенСтакс . Колледж
^ Хартли Т., Левер С., Берджесс Н., О'Киф Дж. (февраль 2014 г.). «Пространство в мозге: как образование гиппокампа поддерживает пространственное познание» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 369 (1635): 20120510. doi : 10.1098/rstb.2012.0510 . ПМЦ 3866435 . ПМИД 24366125 .

[1] Кассирер Э (1944). «Понятие группы и теория восприятия». Философия и феноменологические исследования . 5 (1): 1–35. дои : 10.2307/2102891 . JSTOR 2102891 .

[2] Вагнер М (2006). Геометрия визуального пространства . Лоуренс Эрлбаум Ассошиэйтс. стр. 6–7. ISBN 0-8058-5253-0 .

[3] Чермак А (1947). Введение в физиологическую оптику . Вена: Спрингер В.

[4] Карнап Р. (1922). «Пространство». Кант изучает дополнительную брошюру . п. 56.

[5] Мах Э (1906). Пространство и геометрия . Чикаго: Издательство Open Court.

[6] Люнебург РК (1947). Математический анализ бинокулярного зрения . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета.

[7] Вестхаймер Г. (2006). «Глава 3: Геометрия и пространственное видение». Дженкин М.Р., Харрис Л.Р. (ред.). Видение пространственной формы . Издательство Оксфордского университета. стр. 35–41. ISBN 978-3-540-48270-3 .

[8] Фоли Дж. М. (1964). «Дезаргово свойство в визуальном пространстве». Журнал Оптического общества Америки . 54 (5): 684–692. Бибкод : 1964JOSA...54..684F . дои : 10.1364/JOSA.54.000684 .

[9] Беттс Дж.Г. и др. (2013). «Анатомия и физиология» . ОпенСтакс . Колледж

[10] Хартли Т., Левер С., Берджесс Н., О'Киф Дж. (февраль 2014 г.). «Пространство в мозге: как образование гиппокампа поддерживает пространственное познание» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 369 (1635): 20120510. doi : 10.1098/rstb.2012.0510 . ПМЦ 3866435 . ПМИД 24366125 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]