Фантомный контур

Фантомный контур — это разновидность иллюзорного контура . Большинство иллюзорных контуров можно увидеть на неподвижных изображениях, таких как треугольник Канижи и иллюзия Эренштейна . Однако фантомный контур воспринимается при наличии движущихся или мерцающих изображений с инверсией контраста. ^{[ 1 ]} Быстрое и непрерывное чередование противоположных, но коррелирующих соседних изображений создает ощущение контура, которого физически нет в неподвижных изображениях. Куэйд и др. также написали докторскую диссертацию об иллюзии фантомного контура и ее пространственно-временных границах (Университет Ватерлоо), в которой намечаются границы и предлагаются механизмы ее восприятия, сосредоточенные вокруг зрительной области MT, управляемой магноклетками (см. также Quaid et al., 2005 на www.pubmed). .com).

Пример

Одним из примеров этой иллюзии являются стимулы, состоящие из двух одинаковых кадров с однородным серым фоном: в одном кадре верхняя половина содержит белые точки, а нижняя половина — черные точки. Второй кадр содержит обратную сторону первого кадра, в которой белые точки первого кадра заменены черными точками, а черные точки заменены белыми точками. Быстрое чередование этих двух кадров меняет полярность точек, сохраняя при этом их положение статическим. ^{[ 3 ]}

На высоких временных частотах (20 Гц) чередующиеся кадры воспринимаются как одно немерцающее изображение, где отдельные точки уже не видны, одновременно создавая иллюзию четкой границы, разделяющей верхнюю и нижнюю половины дисплея. ^{[ 2 ]} Эта воспринимаемая граница является фантомной контурной иллюзией.

История

О воспринимаемых границах, подобных контуру фантома, наблюдаемых с помощью яркостных контрастов, сообщалось в 1987 году, когда Ливингстон и Хьюбел проанализировали различные аспекты зрения и связали их с магно- и парвоцеллюлярной подсистемами. ^{[ 4 ]} Однако последующие исследования Вилаянура С. Рамачандрана и Д.С. Роджерса-Рамачандрана помогли сократить и укрепить концепцию фантомных контуров. ^{[ 5 ]} Их исследование также стало первым использованием «текстурных границ» для создания этой иллюзии. ^{[ 2 ]} Исследования Рамачандрана и Роджерса-Рамачандрана с тех пор привели к появлению еще нескольких статей по этой теме с различными выводами относительно основных механизмов, ответственных за эти иллюзии, а также соображений потенциальной связи этой иллюзии с дислексией.

См. Теории дислексии .

Магноцеллюлярный путь

Одна теория предполагает, что частотно-временная обработка магноцеллюлярного пути , анатомического пути, который начинается в сетчатке , проходит через латеральное коленчатое ядро и заканчивается в первичной зрительной коре , может быть связана с появлением этой иллюзии (Скоттун и Скойлс). обсуждал эту ссылку в 2006 году ^{[ 6 ]}). Магноцеллюлярный путь чувствителен к контрасту , чувствителен к движению, а также к миганию границ от черного к белому. ^{[ 3 ]} Ливингстон и Хьюбел изучили латеральные коленчатые клетки как в магно-, так и в парвоцеллюлярных слоях и обнаружили, что реакция на яркостные контрасты намного сильнее в магноцеллюлярных клетках. ^{[ 4 ]} Эти ячейки также имели лучшее пространственное и временное разрешение . Кроме того, магноцеллюарный путь в большей степени активируется периферическим зрением , в отличие от парвоцеллюарного пути, который активируется в большей степени центральным зрением. ^{[ 2 ]} Роджерс-Рамахандран и Рамачандран проверили, повлияет ли это предпочтение периферических стимулов в магноцеллюлярных клетках на восприятие фантомных контуров. Как и предполагалось, редко расположенные объекты, ухудшающие восприятие контуров центральным зрением, воспринимались легче, когда испытуемые регулировали свою фиксацию от 0 до 5 градусов эксцентриситета. ^{[ 2 ]} Это подтверждает идею о том, что магноцеллюлярные клетки ответственны за восприятие контуров фантомов в таких условиях.

Клиническое использование

Рамачандран и Роджерс-Рамачандран ^{[ 3 ]} предположил, что иллюзию фантомного контура можно использовать для проверки правильности функционирования магноцеллюлярного пути человека, а также предоставить средства для анализа роли и функции магноцеллюлярной системы в целом. Утрату магноцеллюлярной функции можно обнаружить на ранних стадиях глаукомы . ^{[ 3 ]}

Понимание связи между этой иллюзией и частотно-временной обработкой может помочь нам понять основные механизмы, ответственные за определенные типы дислексии (нарушение способности к чтению). ^{[ 7 ]} Дефицит быстрой визуальной обработки наблюдался у дислексиков и, как полагают, связан с дефицитом магноцеллюлярного пути. ^{[ 8 ]} Дифференциальная чувствительность к частотно-временной обработке может играть роль как в восприятии фантомных контуров, так и в определенных нарушениях чтения. Сперлинг и др. ^{[ 9 ]} обнаружили, что дети с фонологической дислексией (дефицит, связанный с кодированием значения звуковых систем языка) демонстрируют сниженную способность воспринимать фантомные контуры и, таким образом, могут испытывать магноцеллюлярный дефицит. Кроме того, на основе тщательного тестирования способностей дислексиков к чтению, которые сравнивались с их неспособностью обрабатывать фантомные контуры, они обнаружили отрицательную корреляцию между этим магноцеллюлярным дефицитом и способностью к чтению, предполагая связь между магноцеллюлярным дефицитом и орфографической обработкой (сохранением паттернов буквы в системе визуальной обработки). ^{[ 9 ]} Это согласуется с теорией о том, что у некоторых людей с дислексией может быть дефицит восприятия движения. Гипотеза пансенсорного дефицита в отношении дислексиков утверждает, что дефицит обработки быстро меняющихся стимулов может быть врожденным дефицитом магноцеллюлярной или магноцеллюлярной обработки. ^{[ 9 ]}

Вариации

Ахроматические и хроматические изображения

Дети с дислексией обладают более низким порогом частоты мерцания по сравнению с детьми без дислексии, когда фантомные контурные изображения ахроматические (бесцветные). Однако при представлении изображений, аналогичных черно-белым точечным изображениям, упомянутым выше, но с использованием равносветящегося (так называемого изолюминантного) цвета, в котором яркость цветов одинакова, а оттенок нет, иллюзия исчезает для людей, не страдающих дислексией, поскольку хорошо. ^{[ 9 ]} Однако добавление разницы в яркости между цветами всего в 10% снова активирует иллюзию. ^{[ 2 ]} Это открытие предполагает, что парвоцеллюарный путь, чувствительный к цвету, не ответственен за эту иллюзию. ^{[ 2 ]}^{[ 9 ]} Магноцеллюарный путь, напротив, считается нечувствительным к цвету. ^{[ 2 ]} Рамачандран и Роджерс-Рамахандран сравнили использование контуров эквилюминации в этих задачах с использованием психофизического «скальпеля» для разделения подсистем зрительных путей в зависимости от их функциональных ролей. ^{[ 2 ]}

Пространственная и временная частота

Когда стимулы, используемые для представления фантомных контуров, состоят из соседних темных и светлых ахроматических горизонтальных полос (прямоугольных решеток), можно исследовать изменения пространственной и временной частоты. Увеличение или уменьшение толщины полосы регулирует пространственную частоту, а временная частота регулируется увеличением и уменьшением частоты мерцания. Результаты показывают, что по мере увеличения пространственной частоты чувствительность к временной частоте снижается. Например, при временной частоте 7 Гц пространственная частота, необходимая для того, чтобы испытуемые воспринимали контур фантома, составляла 8,96 циклов градусов. ⁻¹. Субъекты теряли способность обнаруживать временную фазу, когда временная частота превышала 7 Гц, что указывает на то, что они полагались на какой-то другой сигнал для обнаружения фантомных контуров. Это открытие предполагает, что места обработки фантомных контуров вдоль зрительной системы могут меняться в зависимости от того, какой метод обнаружения образов используется. ^{[ 7 ]} Кейли и др. изучил продолжительность стимула в зависимости от представления мерцающих изображений и не обнаружил улучшения обнаружения между 34 и 340 миллисекундами, что позволяет предположить, что первые несколько кадров мерцания имеют решающее значение для восприятия контуров фантомов. ^{[ 1 ]}

Размер и количество стимулов

Анализируя формы, генерируемые мерцанием, Куэйд и Фланаган ^{[ 5 ]} отметили, что по мере увеличения размера стимула пороги фазового контраста для этих фантомных контуров уменьшались. Кроме того, пороговые значения снижались по мере увеличения количества наблюдаемых стимулов. Стимулы большого размера в сочетании с большим количеством стимулов давали самые низкие пороги из всех.

Фантомные объекты

Восприятие фантомных контуров выходит за рамки простой границы между двумя половинками кадра. Исследователи также использовали формы и буквы алфавита, чтобы изобразить эту иллюзию. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]}^{[ 10 ]} Презентация аналогична псевдоизохроматической пластинке (а именно пластинке Исихара ), но вместо выявления дальтонизма этот тест предназначен для выявления дефицита магноцеллюлярного пути. ^{[ 3 ]} Обращение контраста на высоких временных частотах устраняет точечные узоры, составляющие объект и фон, оставляя, таким образом, только восприятие границы объекта для определения объекта. ^{[ 1 ]} Как и в случае с задачами с фантомными границами, более длительное время воздействия мерцающих изображений не приводит к усилению иллюзии, что еще раз указывает на то, что для присутствия иллюзии требуется очень небольшое количество мерцаний кадра. Однако более длительная продолжительность нарастания (время начала и окончания предъявления стимула) резко увеличивает пороги обнаружения контурной иллюзии и в конечном итоге полностью устраняет воспринимаемую иллюзию. ^{[ 1 ]} Также в соответствии с задачами по созданию границ преобразование изображений в равносветящиеся цвета устраняет иллюзию границ объекта. ^{[ 3 ]}

Споры

Ведутся споры о том, является ли частота мерцания определяющей характеристикой, разделяющей фантомные контуры магноцеллюлярного пути и «поверхностные характеристики» парвоцеллюлярного пути . Поверхностные характеристики определяются как восприятие абсолютной временной фазы мерцающих изображений, которая становится очевидной на более низких частотах (5–7 Гц). ^{[ 6 ]} Другими словами, характеристики поверхности видны, когда мы можем видеть изображения, мерцающие от одного к другому. Такое ощущение возникает при более низкой частоте мерцания. При высокой частоте мерцания изображения отображаются как одно изображение. Скоттун и Скойлс ^{[ 6 ]} обнаружили несколько потенциальных дыр в теории, согласно которой восприятие фантомных контуров представляет собой магноцеллюлярную активность, а восприятие поверхностных характеристик представляет собой парвоцеллюлярную активность. Одним из аргументов является то, что высокие временные частоты, используемые для активации иллюзии фантомного контура (> 15 Гц), не являются оптимальными частотами для магноцеллюлярных нейронов. Оптимальные частоты как для магно-, так и для парвоцеллюлярных нейронов схожи между собой и ближе к диапазону 5–7 Гц, частотному диапазону, в котором можно увидеть поверхностные характеристики. ^{[ 6 ]} Кроме того, они утверждают, что из-за реакции фазовой синхронизации парвоклеточных нейронов на высоких временных частотах, вероятно, существуют другие механизмы, действующие при восприятии характеристик поверхности на этих более высоких временных частотах.

Скоттун и Скойлз также задаются вопросом, связано ли восприятие фантомных контуров конкретно с яркостью . ^{[ 6 ]} Наша неспособность обрабатывать цвет на высоких временных частотах может быть больше связана с тем, как функционирует парвоцеллюлярная система, а не с определяющим различием между парво- и магноцеллюлярной системами. Кроме того, они предполагают, что обнаружение поверхностных характеристик на низких временных частотах может быть связано с дальнейшей обработкой в зрительной системе, основываясь на том факте, что кортикальные нейроны имеют более длительное время интеграции по сравнению с подкорковыми нейронами, обнаруженными в магно- и парвоцеллюлярных системах. . ^{[ 6 ]} Куэйд и Фланаган рекомендуют смотреть на дорсальный поток для обработки иллюзорных контуров, утверждая, что формы, определяемые движением, могут быть обнаружены даже при дефиците магноцеллюлярных клеток. ^{[ 5 ]} Они также отмечают, что спинной поток передает низкоконтрастные стимулы с высокой временной частотой, а также движение, что делает его жизнеспособным кандидатом для обработки этой иллюзии.

Обращаясь к теории о том, что магноцеллюлярный дефицит играет потенциальную роль в дислексии, Скоттун и Скойлс ^{[ 6 ]} утверждают, что это может быть скорее общий дефицит временной обработки, а не только дефицит магноклеток. Они утверждают, что неспособность детей с дислексией обрабатывать стимулы, которые быстро меняются или возникают кратковременно, может быть не связана с магноцеллюлярной системой. В конечном итоге они приходят к выводу, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы поддержать теорию о том, что фантомные контуры и характеристики поверхности обусловлены магноцеллюлярной и парвоцеллюлярной системами соответственно, и, следовательно, было бы разумно не ограничивать исследования исключительно фантомных контуров и характеристик поверхности. к анализу функционирования магно- и парвоцеллюлярной систем. ^{[ 6 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Кили, П.М., Крютер, С.Г., и Крютер, Д.П. (2007). Пороговое распознавание объектов фантомного контура требует контрастной скорости. Восприятие и психофизика, 69, 1035–1039.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Роджерс-Рамашандран, округ Колумбия, и Рамачандран, В.С. (1998). Психофизические доказательства наличия пограничных и поверхностных систем в человеческом зрении. Исследования зрения, 38, 71–77.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Рамачандран, В.С., и Роджерс-Рамашандран, округ Колумбия (1991). Фантомные контуры: новый класс визуальных паттернов, избирательно активирующих магноцеллюлярный путь у человека. Бюллетень Психономического общества, 29, 391–394.
^ Jump up to: ^а ^б Ливингстон, М.С., и Хьюбел, Д.Х. (1987). Психофизические доказательства наличия отдельных каналов восприятия формы, цвета, движения и глубины. Журнал неврологии, 7, 3416-3468.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Куэйд, П.Т., и Фланаган, Дж.Г. (2005). Определение пределов формы мерцания: влияние размера стимула, эксцентриситета и количества случайных точек. Vision Research, 45, 1075–1084.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Скоттун, Британская Колумбия, и Скойлз, младший (2006). Использование фантомных контуров для выделения магноцеллюлярных и парвоцеллюлярных реакций. Международный журнал неврологии, 116, 315–320.
^ Jump up to: ^а ^б Тауберт Дж. и Чекалук Э. (2008). Влияние временной и пространственной частоты на обнаружение фантомного контура.
^ Ливингстон, М.С., Розен, Г.Д., Дрислейн Ф.В., Галабурда, AM (1991). Физиологические и анатомические доказательства магноцеллюлярного дефекта при дислексии развития . Нейробиология, 88, 7943-7947.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сперлинг, А.Дж., Лу, З.Л., и Манис, Ф.Р., Зайденберг, М.С. (2003). Селективный магноцеллюлярный дефицит при дислексии: исследование «фантомного контура». Нейропсихология, 41, 1422–1429.
^ Сперлинг, Эй.Дж., Лу, З.Л., и Манис, Ф.Р., Зайденберг, М.С. (2006). Дефицит ахроматического Восприятие фантомных контуров у бедных читателей. Нейропсихология, 44, 1900–1908.

[name1-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Кили, П.М., Крютер, С.Г., и Крютер, Д.П. (2007). Пороговое распознавание объектов фантомного контура требует контрастной скорости. Восприятие и психофизика, 69, 1035–1039.

[name6-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Роджерс-Рамашандран, округ Колумбия, и Рамачандран, В.С. (1998). Психофизические доказательства наличия пограничных и поверхностных систем в человеческом зрении. Исследования зрения, 38, 71–77.

[name5-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Рамачандран, В.С., и Роджерс-Рамашандран, округ Колумбия (1991). Фантомные контуры: новый класс визуальных паттернов, избирательно активирующих магноцеллюлярный путь у человека. Бюллетень Психономического общества, 29, 391–394.

[name2-4] Jump up to: ^а ^б Ливингстон, М.С., и Хьюбел, Д.Х. (1987). Психофизические доказательства наличия отдельных каналов восприятия формы, цвета, движения и глубины. Журнал неврологии, 7, 3416-3468.

[name4-5] Jump up to: ^а ^б ^с Куэйд, П.Т., и Фланаган, Дж.Г. (2005). Определение пределов формы мерцания: влияние размера стимула, эксцентриситета и количества случайных точек. Vision Research, 45, 1075–1084.

[name9-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Скоттун, Британская Колумбия, и Скойлз, младший (2006). Использование фантомных контуров для выделения магноцеллюлярных и парвоцеллюлярных реакций. Международный журнал неврологии, 116, 315–320.

[name10-7] Jump up to: ^а ^б Тауберт Дж. и Чекалук Э. (2008). Влияние временной и пространственной частоты на обнаружение фантомного контура.

[name3-8] Ливингстон, М.С., Розен, Г.Д., Дрислейн Ф.В., Галабурда, AM (1991). Физиологические и анатомические доказательства магноцеллюлярного дефекта при дислексии развития . Нейробиология, 88, 7943-7947.

[name7-9] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сперлинг, А.Дж., Лу, З.Л., и Манис, Ф.Р., Зайденберг, М.С. (2003). Селективный магноцеллюлярный дефицит при дислексии: исследование «фантомного контура». Нейропсихология, 41, 1422–1429.

[name8-10] Сперлинг, Эй.Дж., Лу, З.Л., и Манис, Ф.Р., Зайденберг, М.С. (2006). Дефицит ахроматического Восприятие фантомных контуров у бедных читателей. Нейропсихология, 44, 1900–1908.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]