Lezione Percezione Visiva

la percezione del
mondo esterno
Psicodiagnostica delle abilità cognitive
• Gli esseri umani, come la maggior parte delle
creature diurne, dipendono dal senso della vista
• Le informazioni visive dominano le nostre percezioni
e strutturano il nostro pensiero (e.s. influsso sul
linguaggio “Vedo” come capisco; “Le tue idee sono poco
chiare” come descrizione di stati cognitivi)
• Grande quantità di tessuto anatomico coinvolto nella
percezione visiva (è proprio vero?)
• Telerilevamento o percezione extracettiva
• Elaborazione in parallelo e analitica
Il riconoscimento visivo di volti
• Sono i volti speciali?
• sviluppo
• effetti cognitivi
• espressioni
• neuropsicologia
• neurofisiologia
• effetti sociali
Percezione
Percezione dei
dei volti
volti
Percezione
Percezione dei
dei volti
volti –– Rappresentazione
Rappresentazione
invariante
invariante dell’identità
dell’identità
Percezione
Percezione dei
dei volti
volti –– Rappresentazione
Rappresentazione
invariante
invariante dell’identità
dell’identità
Rappresentazione
Rappresentazione invariante
invariante dell’identità
dell’identità
indipendentemente
indipendentemente dall’età
dall’età
Il riconoscimento visivo di volti
• La percezione di volti è forse l’abilità percettiva visiva
più evoluta: ha un ruolo fondamentale nelle
interazioni sociali
• La percezione di facce attiva diverse regioni della
corteccia visiva extrastriata così come altre regioni
della corteccia non visiva
• Diverse componenti del sistema percettivo delle facce
mediano aspetti relativamente indipendenti della
percezione
• È necessario distinguere il riconoscimento (capacità
di processare l’informazione visiva di una faccia),
dall’identificazione (riconoscimento di una singola
faccia) e dalla detezione (capacità di individuare il
pattern di una faccia indipendentemente
dall’identità) dei volti
• Riconoscimento olistico
Il riconoscimento visivo di volti
• Esiste un sistema specializzato per il riconoscimento
di facce:
• Prosopagnosia: deficit selettivo nella capacità di
riconoscere facce familiari, mentre è risparmiata
la capacità di riconoscere altri oggetti (lesioni
bilaterali della corteccia occipitotemporale,
sindrome di Williams, autismo)
• Studio dell’attività neuronale negli animali
• I neonati, poco dopo la nascita, preferiscono
seguire con lo sguardo facce umane che altri
oggetti
• Avvento delle tecniche di esplorazione
funzionale in vivo dell’attività neuronale sinaptica
(PET, fMRI, MEG)
Il riconoscimento visivo di volti
Domande
1. Come percepiamo i volti?
2. Quali informazioni sono ricavate dai volti?
3. Quali sono i meccanismi neuronali che
mediano il riconoscimento dei volti?
4. Come è usata questa informazione?
Il sistema visivo
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Organizzazione retinotopica delle regioni visive primarie
La via del “what” e la via del “where”
Elaborazione dei volti nella via ventrale del “what”
Più regioni che “rispondono” ai volti
La familiarità dei volti (il modello di Bruce & Young)
Rappresentazioni distinte dell’identità e dell’espressione
facciale
- Lo studio delle 8 categorie
Rappresentazioni nelle regioni responsive ai volti
Sistema esteso per la comprensione delle informazioni dei
volti
- Attenzione, lettura delle labbra, emozioni, familiarità
Aspetti temporali del riconoscimento visivo
- Risposte precoci e tardive
Mappa
Mapparetinotopica
retinotopicadelle
dellevie
vievisive
visiveprimarie
primarie
((Sereno
Sereno et
etal.
al.1995)
1995)
Retinotopia
Retinotopia nella
nella corteccia
corteccia visiva
visiva umana
umana
(Sereno
(Serenoet
etal.,
al.,1995)
1995)
Aree visive
V1
V2
V3
V3a
V4v
MT+
left
right
cm
Il sistema visivo
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Organizzazione retinotopica delle regioni visive primarie
La via del “what” e la via del “where”
Elaborazione dei volti nella via ventrale del “what”
Più regioni che “rispondono” ai volti
La familiarità dei volti (il modello di Bruce & Young)
Rappresentazioni distinte dell’identità e dell’espressione
facciale
- Lo studio delle 8 categorie
Rappresentazioni nelle regioni responsive ai volti
Sistema esteso per la comprensione delle informazioni dei
volti
- Attenzione, lettura delle labbra, emozioni, familiarità
Aspetti temporali del riconoscimento visivo
- Risposte precoci e tardive
Via
Via degli
degli Oggetti
Oggetti ee Via
Via Spaziale
Spaziale
nel
nel Macaco
Macaco
Caratterizzazione dei sistemi corticali visivi
• “what” e “where” di Ungerleider e Mishkin:
discriminazione e riconoscimento di oggetti (via
ventrale occipito-temporale inferiore) vs localizzazione
spaziale (via dorsale parieto-occipitale)
• “what” e “how” di Milner e Goodale:
riconoscimento dell’oggetto (via ventrale occipitotemporale inferiore) vs trasformazione delle
caratteristiche percettive dell’oggetto in coordinate
egocentriche finalizzata all’azione(via dorsale parietooccipitale)
• “semantico” e “pragmatico” di Jeannerod:
distinzione funzionale senza particolari
caratterizzazioni anatomiche
Il riconoscimento dei colori
La percezione del movimento - MT
Percezione del movimento
Percezione ambigua di moto
Moto implicito
Moto apparente
Caratterizzazione dei sistemi corticali visivi
Studi
-rCBF sulla
Studi PET
PET-rCBF
sulla percezione
percezione degli
degli
oggetti
oggetti ee localizzazione
localizzazione spaziale
spaziale
Match-to-Sample
Task
La teoria dell’azione/percezione il “what” e “how” di
Milner e Goodale (1996) – connessioni visuo-motorie
• La via dorsale è collegata all’area
premotoria usata per il controllo
oculomotorio, l’avvicinamento e la presa
(grasping)
• La via ventrale è connessa ad aree per
l’apprendimento, la memoria e il
comportamento sociale
La teoria dell’azione/percezione il “what” e
“how” di Milner e Goodale
• Lesione dorsale = atassia ottica
– Il paziente può riconoscere gli oggetti ma non è
capace di afferrarli
• Lesione ventrale = agnosia della forma visiva
– Il paziente non riconosce gli oggetti, ma può
muoversi nello spazio sulla base delle
informazioni visive
Il sistema visivo
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Organizzazione retinotopica delle regioni visive primarie
La via del “what” e la via del “where”
Elaborazione dei volti nella via ventrale del “what”
Più regioni che “rispondono” ai volti
La familiarità dei volti (il modello di Bruce & Young)
Rappresentazioni distinte dell’identità e dell’espressione
facciale
- Lo studio delle 8 categorie
Rappresentazioni nelle regioni responsive ai volti
Sistema esteso per la comprensione delle informazioni dei
volti
- Attenzione, lettura delle labbra, emozioni, familiarità
Aspetti temporali del riconoscimento visivo
- Risposte precoci e tardive
Sites
Sitesof
ofFace-Selective
Face-SelectiveNeurons
Neurons
in
inthe
theMacaque
Macaque
(summary
(summaryof
of88studies
studiesfrom
fromPerrett
Perrettetetal.
al.1992)
1992)
Regioni selettive per il riconoscimento di facce
Giro Occipitale
Inferiore
Solco
Temporale
Superiore
Giro Fusiforme
Laterale
Una regione selettiva per le facce nel giro fusiforme
McCarthy et al.
J Cog Neurosci, 1997
Kanwisher et al. J Neurosci, 1997
L’area fusiforme per le facce
Studi fMRI della percezione di facce e case
Delayed Matching
Passive Viewing
0.5 sec
0.5 sec
0.5 sec
0.5 sec
1.5 sec
0.5 sec
0.5 sec
2.0 sec
Regioni che dimostrano una risposta differenziale alle
facce e alle case in 6 soggetti
QH
L
R
L
JH
LS
TB
R
L
R
ML
R
L
L
WE
R
L
R
y = -50
y = -52
y = -46
y = -56
y = -46
y = -54
z = -16
z = -13
z = -20
z = -16
z = -16
z = -16
Faces > Houses
Z = 3.3 2.6 2.0
0
Houses > Faces
2.0 2.6 3.3
Una regione selettiva per il riconoscimento di
facce, di luoghi, di parti del corpo?
Kanwisher et al. J Neurosci, 1997
Downing et al.
Science, 2001
McCarthy et al.
J Cog Neurosci, 1997
Parahippocampal Place Area (PPA)
Epstein & Kanwisher, Nature, 1998
“Building Area”
Aguirre et al. Neuron, 1998
Una regione selettiva solo
per il riconoscimento di facce?
Una regione selettiva solo
per il riconoscimento di facce?
La sua attività potrebbe non essere limitata al semplice
riconoscimento di facce, ma contribuirebbe a veicolare
informazioni visive anche per altri oggetti
Una regione selettiva solo
per il riconoscimento di facce?
Una regione selettiva solo per il riconoscimento di
facce? Il ruolo dell’esperienza…
La percezione olistica e l’importanza delle
informazioni relazionali: inversione delle facce
Temporal Specificity of ERP Responses to Objects
Clear temporal specificity
to the face response
The earliest and most
prominent component
is the N200/N170
Allison et al., Cerebral Cortex, 1999
Experimental
Conditions
Task Stimuli and Experimental Timing
Single Exposure
Faces
Single Exposure
Houses
Faces on
Scrambled Houses
Houses on
Scrambled Faces
Double Exposure
Selective Attention
2.5 s
500 ms
2.5 s
500 ms
60 trials
180 sec per run
2.5 s
500 ms
500 ms
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
faces
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
faces
houses
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
faces
faces-scr
houses
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
faces
houses
faces-scr
houses-scr
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
faces
houses
faces-scr
dblx-faces
houses-scr
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
faces
houses
faces-scr
dblx-faces
houses-scr
dblx-houses
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
faces
houses
faces-scr
dblx-faces
houses-scr
dblx-houses
Selective Visual Attention- MEG
Stimulus
Onset
Stimulus Offset
faces
houses
faces-scr
dblx-faces
houses-scr
dblx-houses
Selective Visual Attention- MEG
Specificità Temporale degli ERP agli
Oggetti
Risultati dell’attenzione selettiva - MEG:
1. L’attenzione selettiva non altera le
componenti precoci della risposta specifica per
categoria (<200ms)
2. L’attenzione influenza le componenti tardive
della risposta
3. Identificato il punto temporale dopo il quale
l’attenzione influenza l’elaborazione
dell’informazione sulla categoria dell’oggetto
(>200ms)
Il sistema visivo
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Organizzazione retinotopica delle regioni visive primarie
La via del “what” e la via del “where”
Elaborazione dei volti nella via ventrale del “what”
Più regioni che “rispondono” ai volti
La familiarità dei volti (il modello di Bruce & Young)
Rappresentazioni distinte dell’identità e dell’espressione
facciale
- Lo studio delle 8 categorie
Rappresentazioni nelle regioni responsive ai volti
Sistema esteso per la comprensione delle informazioni dei
volti
- Attenzione, lettura delle labbra, emozioni, familiarità
Aspetti temporali del riconoscimento visivo
- Risposte precoci e tardive
Regioni selettive
per categorie
Rappresentazione
Distribuita
‘Topologia della
Forma dell’Oggetto’
Topografia della forma dell’oggetto nella corteccia
extrastriata ventrale
Topografia della forma dell’oggetto nella corteccia
extrastriata ventrale
Run
Pari
r = 0.81
r = -0.40
r = -0.47
r = 0.87
Run
Dispari
Risposta ai volti
Risposta alle case
Mean Correlation ± SE
Topografia della forma dell’oggetto nella corteccia
extrastriata ventrale
1
1
0.5
0.5
0
0
-0.5
1
-0.5
1
0.5
0.5
0
0
-0.5
1
-0.5
1
0.5
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
-0.5
1
-0.5
1
0.5
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
-0.5
-0.5
F
H Ca
B Sc Sh Ch SP
All category-selective ventral temporal cortex
F
H Ca
B Sc Sh Ch SP
Without maximally responsive voxels
Analisi della distribuzione
spaziale dei pattern di risposta
* Capacità illimitata
* Pattern di risposta per molteplici categorie di
oggetti
* L’informazione è convogliata da risposte
submassimali
* La categoria di oggetti che viene riconosciuta
può sempre essere identificata da pattern
specifici di risposta nelle regioni che rispondono
in modo massimale ad altre categorie di oggetti
* Risoluzione spaziale maggiore rispetto alle regioni
distinte
Un sistema distribuito di
regioni cerebrali per il
riconoscimento delle facce
Sistema Esteso
Per l’Analisi Ulteriore
Solco Intraparietale
Attenzione Spaziale
Sistema Centrale per l’Elaborazione Percettiva
Precuneo
Recupero di immagini dalla LTM
Solco Temporale Superiore (pSTS)
Movimenti del volto e aspetti variabili
del volto (sguardo, espressione)
Giro Temporale Superiore
Discorso parlato
Giro Occipitale Inferiore (OFA)
Percezione preliminare delle
Caratteristiche facciali
Amigdala, Insula Anteriore
Emozioni
Giro Fusiforme Laterale (FFA)
Aspetti invarianti dei volti e
percezione dell’unicità dell’identità
Corteccia Temporale Anteriore
Conoscenza biografica
Solco Temporale Superiore
Teoria della mente
Superior Temporal Sulcus
Inferior Occipital Gyrus
Lateral Fusiform Gyrus
Paracingulato Anteriore
Teoria della mente, attributi personali
Differential
DifferentialTuning
Tuningof
ofSTS
STSand
andIT
ITNeurons
Neurons
to
toFace
FaceIdentity
Identityand
andExpression
Expression
(Hasselmo
(Hasselmoetetal.
al.1989)
1989)
Superior
Temporal
Sulcus
Inferior
Temporal
Cortex
Il solco temporale superiore
I movimenti degli occhi e
della bocca attiva il solco
temporale superiore
(Puce et al. 1998)
Sistema distribuito per ricavare informazioni dai volti
IPS e
Attenzione spaziale
(Hoffman & Haxby 2000)
STG e Comprensione
Amigdala e
Verbale Uditiva Elaborazione affettiva
(Calvert et al. 1997)
(Breiter et al. 1996)
vs
vs
Lip reading
Heard speech
Both
Attivazione delle aree temporali anteriori per il riconoscimento
di volti celebri (Leveroni et al. 2000)
L
R
Il modello di Bruce e Young
per il riconoscimento di volti
or
EXPRESSION
ANALYSIS
View-centered
descriptions
FACIAL SPEECH
ANALYSIS
DIRECTED
VISUAL PROCESSING
Expressionindependent
descriptions
STRUCTURAL
ENCODING
FACE RECOGNITION UNITS
COGNITIVE
SYSTEM
PERSON IDENTITY NODES
NAME GENERATION
Il modello di Bruce e Young
per il riconoscimento di volti
7 tipi di informazioni da un volto
- Pictorial code
- Structural code
- Visually-derived semantic code
- Identity-specific semantic code
- Name
- Expression
- Facial speech
Differenti codici strutturali per volti familiari e non
Multiple encodings for a familiar individual that are
expression-independent and specific to angle of profile
Come viene rappresentata la
familiarità con un volto?
•
•
Familiarità visiva semplice
Conoscenza
della persona
Emozione
Tratti personali
Intenzioni
Studio delle celebrità
Celebrità
Parenti/Amici
Sconosciuti
Studio delle mamme
Il proprio figlio
Amici del
proprio figlio
Bambini
sconosciuti
Studio delle celebrità: giro fusiforme
• Il volto delle persone sconosciute induce una risposta maggiore
rispetto a quello delle celebrità (persone note con cui non siamo
familiari)
• Il volto delle persone familiari induce una risposta maggiore
rispetto a quello delle celebrità
p < 0.025
L
R
Celebrità >
Sconosciuti
Sconosciuti
> Celebrità
Celebrità >
Familiari
Familiari >
Celebrità
Studio delle mamme: giro fusiforme
• Il volto dei bambini sconosciuti induce una risposta maggiore
rispetto al volto conosciuto degli amici del figlio
• Il volto proprio figlio induce una risposta maggiore rispetto al
volto conosciuto degli amici del figlio
p < 0.025
L
R
Bambini
sconosciuti >
Amici del
proprio figlio
Amici del
proprio figlio
> Bambini
sconosciuti
Bambini
sconosciuti >
Amici del
proprio figlio
Amici del
proprio figlio
> Bambini
sconosciuti
La familiarità modula la risposta del giro
fusiforme alla percezione di volti
• Le facce note ma non familiari,
rispetto a quelle sconosciute, inducono
una risposta minore
• Tra le facce familiari, quelle con una
più stretta relazione personale inducono
una risposta maggiore
• La maggior risposta del giro fusiforme
alla familiarità potrebbe essere
modulata da altre regioni cerebrali
La percezione di volti familiari attiva un network di aree
cerebrali coinvolte non solo nella familiarità visiva ma
anche:
• nella risposta affettiva a quella persona (amigdala);
• nel recupero di memorie associate a quella persona
(precuneo);
• nella conoscenza della personalità, attitudini o
intenzioni di quella persona (“theory of mind” areas).
Precuneo
Solco
temporale
superiore
Paracingolo
anteriore
Celebrità >
Familiari
Familiari >
Celebrità
Studio delle celebrità: amigdala
• Il volto delle persone sconosciute induce una risposta maggiore
rispetto a quello delle celebrità (persone note con cui non siamo
familiari)
• Il volto delle persone familiari induce una risposta minore
rispetto a quello delle celebrità
L
R
Sconosciuti
> Celebrità
Celebrità >
Sconosciuti
Celebrità >
Familiari
Familiari >
Celebrità
Studio delle mamme: amigdala
• Il volto dei bambini sconosciuti induce una risposta maggiore
rispetto al volto conosciuto degli amici del figlio
• Il volto proprio figlio induce una risposta maggiore rispetto al
volto conosciuto degli amici del figlio
p < 0.025
L
R
Bambini
sconosciuti >
Amici del
proprio figlio
Amici del
proprio figlio
> Bambini
sconosciuti
Bambini
sconosciuti >
Amici del
proprio figlio
Amici del
proprio figlio
> Bambini
sconosciuti
La familiarità e l’attaccamento emotivo
modulano la risposta dell’amigdala
• Le facce familiari, rispetto a quelle non familiari,
inducono una risposta minore ma il volto del proprio figlio
induce una risposta maggiore
• La valutazione dell’affidabilità di una persona dalla
percezione di un volto attiva maggiormente l’amigdala
• L’amigdala è coinvolta nella valutazione affettiva delle
persone, riflettendo un aumentato stato di vigilanza
nell’incontro con un’altra persona sconosciuta (modulato
dal grado di conoscenza)
• La maggior attivazione dell’amigdala nel riconoscimento
del proprio figlio potrebbe essere associata ad una
maggiore attitudine materna alla protezione
Studio delle espressioni
10 soggetti sani (4 femmine 6 maschi) età 24±3.5
One-back repetition detection task
Ekmann emotional faces
Half-split correlation analysis
facce emotive
Solco temporale
superiore
Amigdala
Giro fusiforme
Giro fusiforme
facce neutre
Studio delle espressioni
• Il solco temporale superiore discrimina le differenti espressioni emotive
• Il giro fusiforme sembra non processare questa informazione se non in
modo meno accurato
Da Gobbini e coll. HBM 2005
Quando la risposta
emotiva diventa
eccessiva…
Studio delle espressioni in fobici sociali
6 soggetti con fobia sociale
(3 femmine/3 maschi) età 40±5.5
One-back repetition detection task
Ekmann emotional faces
Half-split correlation analysis
Da Gentili e coll. in preparazione
Alterazione della risposta di riconoscimento di volti:
• Incapacità a mantenere la fissazione dello sguardo (potenziale minaccia)
• Hyperscanning (ipervigilanza)
Studio delle espressioni in fobici sociali
facce emotive
Nei fobici
sociali
attivazione
differenziale
dell’amigdala
destra
facce neutre
P < 0.025
da Gentili e coll. in preparazione
Adolescenti sani > Spettro Autistico
Giro fusiforme
Amigdala
Spettro Autistico >
Adolescenti sani
Precuneo
Paradigma sperimentale
Eye-tracking
Correlazione BOLD con ET
Autismo > Sviluppo normale