PMP_2013_files/LezPMP Moto
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Percezione del movimento Corso di Principi e Modelli della Percezione Prof. Giuseppe Boccignone Dipartimento di Scienze dell’Informazione Università di Milano [email protected] http://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 Percezione del movimento //importanza • Il tipo di movimento congruo allo spostamento di agenti biologici (i.e., umani, animali) Percezione del movimento //movimento del prim’ordine • Percezione del movimento di un oggetto dovuta a un cambiamento di luminanza rispetto allo sfondo Percezione del movimento //movimento del prim’ordine: moto apparente • 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 • 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 Percezione del movimento //movimento del prim’ordine: moto apparente • 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: //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 stimolo filtro passa basso filtro passa alto Percezione del movimento // il detettore di Reichardt come filtro spazio-temporale Percezione del movimento //livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt • Il modello di Reichardt è stato costruito per la mosca • Cosa succede nel nostro cervello? 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 Percezione del movimento //rappresentazione X-Y-T • E’ rappresentabile come un pattern continuo spazio-temporale in coordinate (x,y,t) o (x,t) Rappresentazione X-Y-T Percezione del movimento //la corteccia striata: selezione informazione Qual è la risposta impulsiva di questi neuroni? Via magnocellulare: localizzazione e movimento (dove) 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 spaziotemporali 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 spaziotemporali • 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 spaziotemporali • 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 spaziotemporali • 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 Percezione del movimento //la corteccia striata: evidenze empiriche • Evidenze sperimentali nella V1 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 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 //movimento del second’ordine • 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 • 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 Percezione del movimento //il problema dell’apertura • 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 //Detezione del movimento globale 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: 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
