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
