Визуальные эффекты наклона
Из-за влияния пространственного контекста или временного контекста воспринимаемая ориентация тестовой линии или рисунка решетки может казаться отклоненной от ее физической ориентации. Иллюзия наклона (TI) [ 1 ] Это явление, при котором воспринимаемая ориентация тестовой линии или решетки изменяется из-за присутствия окружающих линий или решетки с другой ориентацией (пространственный контекст; см. рис. 1). И последействие наклона (TAE) [ 2 ] Это явление, при котором воспринимаемая ориентация меняется после длительного наблюдения за другой ориентированной линией или решеткой (временной контекст; см. рис. 2).
Сообщалось, что величина и направление воспринимаемого смещения ориентации зависят от относительной ориентации тестовых и контекстуальных стимулов (см. рис. 3). Психофизические эксперименты показали, что относительная ориентация от 0 до примерно 50 градусов вызывает эффект отталкивания (тестовая линия или решетка имеет тенденцию вращаться в сторону от контекстного стимула), что известно как прямая форма эффекта наклона; но большая относительная ориентация до 90 градусов вызывает эффект притяжения (тестовая линия или решетка имеет тенденцию вращаться в сторону контекстного стимула), который известен как косвенная форма эффекта наклона. Неоднократно отмечалось, что косвенные эффекты меньше прямых. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Пик отталкивания составляет около 3 градусов, обычно когда относительная ориентация между тестируемым и контекстуальным стимулами составляет около 20 градусов; а пик притяжения обычно составляет максимум 0,5 градуса, когда относительная ориентация составляет около 70 градусов (см. Рис. 3).
Оригинальные эксперименты, показывающие TI и TAE.
[ редактировать ]Эти эффекты были впервые изучены Гибсоном в 1937 году. Зрение испытуемого было ограничено так, что он мог видеть черную линию (тестовую линию), делящую пополам белое круглое поле, и он мог ухватиться за края диска, чтобы повернуть линию вокруг его средней точки. . Экспериментатор сидел за диском, устанавливая стимулы и записывая скорректированное положение линии испытуемым. Во время эксперимента с последействием наклона [ 2 ] испытуемому требовалось смотреть на ориентированную линию в течение четырех минут, а затем привести другую линию в положение, которое казалось вертикальным. В эксперименте с иллюзией одновременного наклона [ 1 ] в круговое поле испытуемого вводилась наклонная решетка, и испытуемый должен был установить регулируемую линию в вертикальное положение до и после наложения на нее наклонной решетки. Оба эксперимента показали, что положение, которое, казалось, соответствовало воспринимаемой вертикали испытуемого, немного отклонялось от объективной вертикали, а сдвиги воспринимаемой ориентации зависели от относительной ориентации между тестовой линией и адаптированной линией или одновременно вызываемой линией.
Эффекты наклона в различных условиях
[ редактировать ]Эффекты наклона были протестированы с использованием различных параметров стимула, таких как пространственная частота, цвет, яркость и контрастность, различия между тестовой решеткой и контекстной решеткой, а также глубина несоответствия или временное разделение между ними. дихоптическое представление Также изучались , «невидимые» и естественные образные контекстуальные стимулы.
Было показано, что как ТАЭ [ 5 ] и ТИ [ 6 ] являются пространственно-частотно-специфичными, поскольку оба эффекта (TI и TAE) прямой формы (отталкивания) значительно уменьшаются, если тест и контекстная решетка различаются по пространственной частоте. Это было дополнительно предложено Вендеротом и Джонстоном (1988). [ 7 ] что разделение контекстуальных и тестовых стимулов либо с пространственным разрывом, либо с разницей пространственных частот уменьшает величину прямой, но не косвенной иллюзии наклона. Они также показали, что уменьшение диаметра контекстуального стимула снижает прямой эффект, но косвенные эффекты относительно постоянны.
Согласно статье Дюранта в 2006 году, [ 8 ] в прямой форме эффектов тильта самая большая иллюзия возникает, когда тестовый стимул и контекстное окружение предъявляются одновременно; пространственный разрыв, относительный контраст и признаки глубины приводят к снижению TI. Эксперименты также показывают, что как TI, так и TAE возникают для контекстных и тестовых стимулов, различающихся по цвету и яркости. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
Когда тестовая линия представлена в одном глазу, а контекст в другом ( дихоптическое представление ), величина иллюзии наклона уменьшается. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] ), что позволяет предположить, что по крайней мере часть эффекта обусловлена монокулярными клетками. [ 15 ] А совсем недавно наблюдался эффект обратного наклона: прямая форма (отталкивание) ТИ при монокулярном предъявлении становится опосредованной (притяжение) при дихоптической стимуляции, когда вертикальная тестовая линия наклоняется на линию 20 град. [ 16 ]
Другой интересный эксперимент провели Клиффорд и Харрис (2005): [ 17 ] в котором за контекстным окружением сразу же следовала случайная шумовая маска, покрывающая окружение, но не центр, поэтому контекстное окружение не воспринималось сознательно. Оказалось, что ориентированная контекстная решетка может влиять на воспринимаемую ориентацию тестовой решетки даже вне осознания этого контекста.
Более того, иллюзия сохраняется, когда контекстуальные текстуры имеют широкий диапазон ориентаций (например, естественные изображения), даже если ориентация не четко воспринимается; [ 18 ] другие ориентированные элементы, включая иллюзорные контуры, эллипс, движущуюся точку и ряд точек или линий, [ 14 ] также может вызвать устойчивую иллюзию наклона.
Механизмы ТИ и ТАЕ
[ редактировать ]Гипотеза, предложенная Блейкмором и др. (1971) [ 19 ] предположили, что TAE и TI были вызваны латеральным торможением между детекторами кортикальной ориентации. Детекторы ориентации в равной степени отдают предпочтение различным ориентациям, но наличие контекста может манипулировать реакциями детекторов ориентации, что приводит к систематическим ошибкам обнаружения. Эта гипотеза была проверена и развита.
Гибсон и Рэднер (1937) [ 2 ] предположил, что TAE возникает из-за того, что длительное наблюдение за наклонным контекстным стимулом приводит к адаптации к ближайшей вертикальной или горизонтальной оси пространства; следовательно, последующий вертикальный тестовый стимул будет отклоняться от вертикальной или горизонтальной оси (аналогично идее цвета или остаточного изображения движения ). Однако эта теория адаптации предсказывает симметричное ТАЭ с относительной ориентацией от 0 до 45 градусов и от 45 до 90 градусов, что не согласуется с психофизическими данными - пересечение нуля происходит ближе к 50 или 55 градусам, а не к 45 градусам.
Колер и Уоллах (1944) [ 20 ] предложил теорию «коркового насыщения» для объяснения последствий. Согласно этой теории, кортикальные нейроны, настроенные на ориентацию между тестовым и контекстуальным стимулами, обычно возбуждаются любым из стимулов по отдельности. Однако они будут тормозиться при предъявлении обоих стимулов, что приведет к сдвигу пиков возбуждения. Введя растормаживание на большие углы, [ 4 ] [ 21 ] эту теорию можно также использовать для объяснения косвенных эффектов наклона.
Примерно в 1970-х годах эта теория была развита в теорию латерального торможения Блейкмором и др. [ 22 ] [ 23 ] Как в зрительной коре кошки или обезьяны, [ 24 ] [ 25 ] В человеческом мозге также есть детекторы ориентации. Любой детектор ориентации в зрительной коре человека возбуждается относительно узким диапазоном ориентаций (предпочтительные ориентации) и тормозится гораздо более широкой полосой. Ожидается, что представление одной линии приведет к распределению активности среди совокупности детекторов ориентации в пользу стимулированной ориентации (настройка ориентации). Контекст создаст другое распределение в пользу контекстуальной ориентации. При простом добавлении этих двух распределений пики активности в этом распределении соединений слегка смещаются по сравнению с отдельными пиками, создаваемыми одиночными линиями. Поэтому, когда две линии, образующие острый угол, должны казаться смещенными друг от друга по ориентации (отталкиванию). Было показано, что экспериментально измеренные изменения в активности таких детекторов ориентации в мозге тесно коррелируют с измеренным изменением воспринимаемой ориентации. [ 26 ] [ 27 ]
Кроме того, механистические модели настройки ориентации используются для оценки нейронной основы экспериментальных данных об эффектах наклона. [ 28 ] Изменения кривых настройки сместят реакцию населения, что приведет к смещению наклона. Контекстуальные стимулы, возможно, могут изменить скорость возбуждения нейронов , ширину настройки и предпочтительную ориентацию, что зависит от взаимосвязи между ориентацией контекстуальных стимулов и предпочтительной ориентацией нейронов.
Шварц и др. (2009) [ 29 ] предположил, что статистика естественных сцен также может влиять на изменения кривых настройки ориентации в присутствии контекста. Координация между окружением и центром через границы сегментации значительно снижается. [ 30 ] и наша зрительная система использует эту особенность естественной статистики: увеличение количества данных о сегментации приводит к тому, что зрительная система отделяет координацию между центром и окружением. [ 31 ] [ 32 ] В их модели вводится вероятность сегментации между тестовым центром и контекстом, чтобы контролировать количество контекстной модуляции. И они показали, что эта модель предсказывает как прямую, так и косвенную форму иллюзии наклона.
Физиологические доказательства
[ редактировать ]Влияние контекста на наклон также можно обнаружить путем измерения того, как электрофизиологические реакции отдельных или популяционных нейронов на тестовые стимулы изменяются в зависимости от контекста. Электрофизиологические результаты показывают, что контекстуальные стимулы могут подавлять [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] или улучшить [ 33 ] [ 38 ] [ 39 ] нейронов скорость возбуждения вызывает расширение или обострение ширины настройки ориентации, [ 40 ] и сдвиги в предпочтительной ориентации. [ 36 ] [ 41 ] Также было показано, что реакции популяционных нейронов (путем сложения отдельных ответов) изменяются в зависимости от контекста. [ 37 ]
Фанг и др. (2005) [ 42 ] предоставили данные фМРТ о последействии наклона: после длительной адаптации к ориентированной решетке реакция фМРТ в V1, V2, V3/VP, V3A и V4 человека на тестовую решетку была пропорциональна относительной ориентации между адаптированной и тестируемой решеткой. решетка.
Сходства между TI и TAE
[ редактировать ]Иллюзия одновременного наклона создается из-за пространственного контекста, а последействие наклона - из-за временного контекста; Однако экспериментальные данные показывают много общего между ними. Шварц и др. (2007) [ 28 ] рассмотрел психофизические и электрофизиологические параллели между TI и TAE, которые, вероятно, выявляют функциональную общность между пространственным и временным контекстом. Было показано, что когда последействие и одновременная иллюзия противоположных предубеждений были объединены (сначала адаптация к линии, ориентированной по часовой стрелке, а затем представление вертикальной тестовой линии с вызывающей линией против часовой стрелки), два эффекта суммировались линейно, [ 43 ] что также предполагает общий механизм ТАЭ и ТИ.
Было высказано предположение, что это сходство между пространственным и временным эффектом можно объяснить статистикой естественной сцены, в которой пространственный и временной контекст всегда имеют общие черты, поскольку объекты обычно гладкие и меняются медленно. И наша визуальная система адаптирует эти статистические функции для эффективного кодирования информации. [ 28 ] Однако не всегда существует четкий временной аналог пространственным характеристикам. Например, пространственные объекты играют ключевую роль в связывании сигналов в пространстве для определения границ, в то время как временные сигналы могут не играть ту же роль.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Гибсон, Джей-Джей (1937). Адаптация, последействие и контраст при восприятии наклонных линий. II. Одновременное контрастирование и ограничение площади последействия. Журнал экспериментальной психологии, 553–569.
- ^ Jump up to: а б с д Гибсон Дж. Дж. и Рэднер М. (1937). Адаптация, последействие и контраст в восприятии наклонных линий. I. Количественные исследования. Журнал экспериментальной психологии, 453–467.
- ^ Морант, Р.Б., и Харрис, младший (1965). Два разных последствия воздействия визуальных наклонов. Американский журнал психологии, 218–226.
- ^ Jump up to: а б О'Тул Б. и Вендерот П. (1977). Иллюзия наклона: эффекты отталкивания и притяжения в косом меридиане. Видение Рез., 367-374.
- ^ Уэр, К., и Митчелл, Делавэр (1974). Пространственная избирательность последействия наклона. Видение Рез., 735-737.
- ^ Джорджсон, М. (1973). Пространственная частотная избирательность зрительной иллюзии наклона. Природа, 43-45.
- ^ Вендерот П. и Джонстон С. (1988). Различные механизмы прямых и косвенных иллюзий наклона. Видение Рез., 301-312.
- ^ Дюрант, С., и Клиффорд, CW (2006). Динамика влияния сигналов сегментации на восприятие ориентации. Видение Рез., 2934–2940.
- ^ Лавгроув, В., и Овер, Р. (1973). Цветовая избирательность при маскировке ориентации и последействии. Видение Рез., 895-902.
- ^ Клиффорд, К.В., Пирсон, Дж., Форте, Дж.Д., и Спехар, Б. (2003). Цветовая и световая избирательность пространственных и временных взаимодействий при ориентировочном восприятии. Видение Рез., 2885-2893.
- ^ Клиффорд К., Спехар Б., Соломон С., Мартин П. и Заиди К. (2003). Взаимодействие цвета и яркости при восприятии ориентации. Журнал Vision, 106–115.
- ^ Парадизо М., Симодзё С. и Накаяма К. (1989). Субъективные контуры, последствия наклона и зрительная кортикальная организация. Видение Рез., 1205-1213.
- ^ Уэйд, Н. (1980). Влияние соперничества цвета и контура на величину иллюзии наклона. Видение Рез., 229–233.
- ^ Jump up to: а б Вестхаймер, Г. (1990). Одновременный контраст ориентации линий в ямке человека. Видение Рез., 1913–1921 гг.
- ^ Форте, JD, и Клиффорд, CW (2005). Межглазная передача иллюзии наклона показывает, что механизмы монокулярной ориентации избирательны по цвету. Видение Рез., 2715-2721.
- ^ Вестхаймер, Г. (2011). Эффект обратного наклона для дихоптической стимуляции вертикального меридиана. Видение Рез., 101-104.
- ^ Клиффорд, CW, и Харрис, JA (2005). Контекстная модуляция вне осознания. Текущая биология, 574–578.
- ^ Годдард, Э., Клиффорд, К.В., и Соломон, С.Г. (2008). Влияние центра и окружения на воспринимаемую ориентацию в сложных изображениях. Видение Рез., 1374–1382.
- ^ Блейкмор К., Карпентер Р. и Кергесон М. (1971). Латеральное мышление о латеральном торможении. Природа, 418-419.
- ^ Колер В. и Уоллах Х. (1944). Фигуральные последствия: исследование визуальных процессов. Труды Американского философского общества, 269–357.
- ^ Вендерот, П., Т., О., и Джонсон, М. (1986). Иллюзия наклона как функция относительной и абсолютной длины тестовых и возбуждающих линий. Восприятие. психофиз., 339-345.
- ^ Блейкмор, К., Карпентер, Р.Х., и Джорджсон, Массачусетс (1970). Латеральное торможение между детекторами ориентации в зрительной системе человека. Природа, 37-39.
- ^ Карпентер Р. и Блейкмор К. (1973). Взаимодействие между ориентациями человеческого зрения. Expl Brain Res., 287-303.
- ^ Хубер Д. и Визель Т. (1962). Рецептивные поля, бинокулярное взаимодействие и функциональная архитектура зрительной коры головного мозга кошки. Дж. Физиол., 106–154.
- ^ Хьюбель Д. и Визель Т. (1968). Рецептивные поля и функциональная архитектура полосатой коры обезьян. Дж. Физиол., 215–243.
- ^ Ли, В., Тьер, П. и Верхан, К. Контекстуальное влияние на распознавание ориентации людей и реакции нейронов в V1 бдительных обезьян. Дж. Нейрофизиология. 83, 941–954 (2000).
- ^ Шушрут С., Нурминен Л., Бижанзаде М., Ичида Дж.М., Ванни С., Ангелуччи А. (2013) Различная настройка ориентации подавления ближнего и дальнего окружения в первичной зрительной коре макака отражает их настройку на человеческое восприятие. J Neurosci 33: 106–119.
- ^ Jump up to: а б с Шварц О., Сюй А. и Даян П. (2007). Пространство и время в визуальном контексте. Природа, 522–535.
- ^ Шварц О., Сейновски Т.Дж. и Даян П. (2009). Перцептивная организация в иллюзии наклона. Журнал Vision, 1–20.
- ^ Шварц О. и Симончелли Э. (2001). Статистика естественных сигналов и контроль сенсорного усиления. Природа Неврологии., 819-825.
- ^ Элдер, Дж. Х., и Голдберг, РМ (2002). Экологическая статистика гештальт-законов перцептивной организации контуров. Журнал видения, 5.
- ^ Беркес П., Орбан Г., Лендьел М. и Физер Дж. (2011). Спонтанная корковая активность обнаруживает признаки оптимальной внутренней модели окружающей среды. Наука, 83-87.
- ^ Jump up to: а б Кавано-младший, Бэр В. и Мовшон Дж. А. (2002). избирательность и пространственное распределение сигналов из рецептивного поля, окружающего нейроны V1 макака. Ж. Нейрофизиол., 2547-2556.
- ^ ван дер Смагт, М., Верхан, К., и Олбрайт, Т. (2005). контекстное маскирование ориентированных линий: взаимодействие между сигналами сегментации поверхности. Дж. Нейрофизиология, 576-589.
- ^ Ли В., Тьер П. и Верхан К. (2000). контекстуальное влияние на ориентационную дискриминацию человека и реакции нейронов V1 бдительных обезьян. Дж. Нейрофизиология, 941-954.
- ^ Jump up to: а б Фельсен Г., Турьян Дж. и Дэн Ю. (2005). Контекстная модуляция настройки ориентации способствует эффективной обработке естественных стимулов. Сеть, 139-149.
- ^ Jump up to: а б Сенгпил Ф., Сен А. и Блейкмор К. (1997). Характеристики объемного торможения в зоне кошки 17. Опыт. Мозговой ресурс, 216–228.
- ^ Краудер, Н. А. (2006). Взаимосвязь между контрастной адаптацией и настройкой ориентации в V1 и V2 зрительной коры кошки. Дж. Нейрофизиология, 271-283.
- ^ Левитт, Дж., и Лунд, Дж. (1997). Контрастная зависимость контекстуальных эффектов в зрительной коре приматов. Природа, 73-76.
- ^ Драгой В., Шарма Дж. и Сур М. (2000). Адаптационная пластичность ориентации во всей зрительной коре. Нейрон, 287–298.
- ^ Гилберт, К.Д., и Визель, Т. (1990). Влияние контекстуальных стимулов на ориентационную избирательность клеток первичной зрительной коры кошки. Видение Рез., 1689–1701.
- ^ Фанг Ф., Мюррей С.О., Керстен Д. и Хе С. (2005). Адаптация фМРТ в зрительной коре человека с ориентационной настройкой. Дж. Нейрофизиол, 4188-4195.
- ^ Магнуссен С. и Куртенбах В. (1980). Линейное суммирование иллюзии наклона и последействия наклона. Видение Рез., 39-42.