Attenzione visiva (1)

Attenzione visiva (1)
Corso di Principi e Modelli della Percezione
Prof. Giuseppe Boccignone
Dipartimento di Scienze dell’Informazione
Università di Milano
[email protected]
http://homes.dsi.unimi.it/~boccignone/GiuseppeBoccignone_webpage/Modelli_Percezione.html
Che cos’è l’attenzione?
• Una bagliore catturò la mia
attenzione
• Non l’ho veduta, stavo
prestando attenzione alla
partita
• Stai attento a non farti male!
• Questo argomento richiede
molta attenzione
Che cos’è l’attenzione?
• “Everyone knows what
attention is. It is the taking
possession by the mind, in
clear and vivid form, of one out
of what seem several
simultaneously possible objects
or trains of thought.
Focalization, concentration, of
consciousness are of its
essence. It implies withdrawal
from some things in order to
deal effectively with others...”
W. James, 1890
Che cos’è l’attenzione?
• Evidenzia alcune informazioni (il
fuoco dell’attenzione)
• Inibisce altre informazioni (la
periferia
• Una delle ragioni è limitare la
quantità di informazione
elaborata
• abbiamo sistemi sensoriali a
capacità limitata
Vari tipi di attenzione
Attenzione visiva
Attenzione visiva
Attenzione visiva
Attenzione visiva
Attenzione visiva:
//un modo per situarsi nel mondo
• Situarsi nel mondo: opzioni
• Movimenti del corpo
(minuti)
• Movimenti della testa
(secondi)
• Movimenti oculari
(centinaia di millisecondi)
• Covert attention shifts
(decine di millisecondi)
Attenzione visiva:
//movimenti oculari
• La bilaterale integrazione delle attività oculomotorie fa sì che i due occhi
costituiscano una singola unità funzionale e realizzino insieme una sorta di
occhio ciclopico, capace di provvedere alla visione unica e stereoscopica
degli oggetti.
• I movimenti dei due occhi possono essere uguali (orizzontali, verticali, di
torsione sull'asse antero-posteriore) od opposti (convergenza, divergenza),
dovendo soddisfare molteplici esigenze, quali:
1. mantenere stabile l'asse visivo,
2. rintracciare, inseguire e fissare gli oggetti che entrano nel campo visivo
(mantenendo l’immagine degli oggetti di interesse entro 0.15° della fovea).
3. consentire una visione unica e stereoscopica,
4.permettere una esplorazione attenta dell'ambiente.
Attenzione visiva:
//movimenti oculari
• Complesso meccanismo coordinativo (attivazioni e inibizioni originate da labirinti,
articolazioni e muscoli del collo, retina/fovea, terminazioni sensoriali) correla i
movimenti oculari fra di loro e con le restanti attività motorie somatiche.
• Ad ogni occhio sono attaccati sei muscoli arrangiati in tre coppie:
• Questi sono controllati da una estesa rete di strutture neurali del cervello
• Quando stimolati da segnali elettrici si possono osservare movimenti oculari
I movimenti oculari
//fisiologia dell’occhio
I movimenti oculari
//fisiologia dell’occhio
I movimenti oculari
//fisiologia dell’occhio
I movimenti oculari
//neurofisiologia
Attenzione visiva:
//movimenti oculari
• Complesso meccanismo coordinativo (attivazioni e inibizioni originate da labirinti,
articolazioni e muscoli del collo, retina/fovea, terminazioni sensoriali) correla i
movimenti oculari fra di loro e con le restanti attività motorie somatiche.
• I sistemi neuronali di controllo che mantengono la fovea su un bersaglio visivo sono :
1. i movimenti vestibolo-oculari: mantengono stabili le immagini sulla retina durante i
movimenti del capo;
2. i movimenti optocinetici: mantengono stabili le immagini sulla retina durante i
movimenti rotatori prolungati del capo;
3. i movimenti saccadici: portano rapidamente la fovea verso un bersaglio visivo posto
più perifericamente;
4. i movimenti di inseguimento: mantengono fissa sulla retina l'immagine di un oggetto in
movimento;
5. i movimenti di vergenza: fanno sì che l'immagine di un oggetto più lontano o più vicino
si proietti sempre su entrambe le fovee.
Attenzione visiva:
//movimenti oculari
Attenzione visiva:
//movimenti oculari
1. smooth pursuit
2. movimenti saccadici
I movimenti oculari
//inseguimento lento (Smooth Pursuit)
I movimenti oculari
//inseguimento lento (Smooth Pursuit)
• Perché noi percepiamo la penna in movimento nel primo caso ma vediamo il
puntino fermo nel secondo caso?
• Perché in un caso c’è movimento oculare
I movimenti oculari
//movimenti saccadici
I movimenti oculari
//movimenti saccadici
• Un problema molto complesso è quello di
distinguere se un movimento attraverso la
retina è dovuto a movimenti oculari oppure
allo spostamento di un oggetto
• Soppressione saccadica: Una riduzione
della sensibilità nella percezione visiva che
occorre al momento in cui si effettua un
movimento saccadico.
• Serve ad eliminare le strisce (come quelle
ottenute fotografando un oggetto in rapido
movimento) dall’immagine retinica durante i
movimenti oculari
• Sembra che il percorso magno ma non
parvo sia soppresso durante la saccade
I movimenti oculari
//movimenti saccadici
• Il sistema motorio risolve il problema del perché un oggetto statico possa
apparire in movimento mandando due “copie” di ogni ordine per eseguire un
movimento oculare
• Una “copia” va ai muscoli oculari
• Un altra (“copia afferente”) va ad un area del sistema visivo che è stata nominata
“comparatore”
• Il comparatore può compensare per i cambiamenti dell’immagine dovuti ai
movimenti oculari inibendo il tentativo di qualsiasi altra parte del sistema visivo di
interpretare i cambiamenti come dovuti ad un movimento dell’oggetto
I movimenti oculari
//movimenti saccadici
I movimenti oculari
//usare l’informazione di movimento
• Come vengono utilizzate le informazioni di moto per gli spostamenti?
• Vettore Ottico: Descrive l’insieme dei raggi luminosi che interagiscono con gli
oggetti del mondo esterno posti di fronte all’osservatore
• Flusso ottico: Cambiamenti nella posizione angolare di punti dell’immagine
prospettiva che vengono percepiti durante gli spostamenti del soggetto
• Esempio di un pilota in fase di atterraggio: “Espansione radiale”
Integrazione di movimenti oculari e movimento
Integrazione di movimenti oculari e movimento
Integrazione di movimenti oculari e movimento
Integrazione di movimenti oculari e movimento
A leftward eye movement channel. All connections are
excitatory.
The retinal image is processed by two types of cells in MT.
MT cells with inhibitory surrounds (MT-) connect to MSTv
cells, with MT cells preferring greater speeds weighted more
heavily.
MT cells with excitatory surrounds (MT+) connect to MSTd
cells.
MSTv cells have excitatory connections with MSTd cells
preferring opposite directions.
MSTv cells drive pursuit eye movements in their preferred
direction, and the resulting eye velocity is fed back to MSTv
and MSTd cells (thick arrows).
Leftward eye rotation causes rightward retinal motionof the
background.
The MT and MST cells are drawn so as to approximate their
relative
receptive field sizes
Analisi del movimento biologico
Attenzione visiva:
//movimenti oculari
• In regime saccadico, alterniamo
fissazioni a movimenti
saccadici
• Movimenti saccadici:
• 3-4 saccadi al secondo
• 1 saccade ogni 200-300
msec
Attenzione visiva:
//come vediamo realmente il mondo
Attenzione visiva:
//meccanismi neurofisiologici (1)
Attenzione visiva:
//meccanismi neurofisiologici (1)
Attenzione visiva:
//meccanismi neurofisiologici (1)
Attenzione visiva:
//meccanismi neurofisiologici (1)
“… the amount of information coming down the optic
nerve ! estimated to be in the range of 108 ~ 109 bits per
second ! far exceeds what the brain is capable of fully
processing and assimilating into conscious experience …”
C. Koch, 1982
Attenzione visiva:
//come vediamo realmente il mondo
1 movimento oculare = 1 foto
by David Hockney
Attenzione visiva:
//i primi esperimenti di Yarbus
Attenzione visiva:
//i primi esperimenti di Yarbus
Livello di spiegazione psicologico
• Attenzione esplicita, aperta
(overt attention)
• movimenti oculari
• Attenzione implicita, coperta
(covert attention)
• teoria pre-motoria (Rizzolatti)
Livello di spiegazione psicologico
//chi guida l’attenzione?
• Lo stimolo fisico
• segnali inattesi
(sorprendenti?)
• bottom-up
• Un obiettivo (goal)
• conoscenza, aspettative,
finalità, compiti (task)
• top-down
Livello di spiegazione psicologico
//chi guida l’attenzione? Importanza del task
Triesch, Ballard, Hayhoe, & Sullivan
dimensional arrays of letters confined
2
to a small region of the visual field.
Figure 1. View of the virtual work-space and experimental setup. Subjects sort bricks of two different heights onto two “conveyor
at these
ofat interest
belts” (horizontal strips on the right hand side of the virtual work-space) occurring
according to different
rules that centers
vary the points
which the
were noticed more easily than other
brick height is relevant in the task.
It may also be important to use selfpaced, continuing tasks where the
timing of visuo-motor operations is
controlled by the subject rather than
the experimenter. Simons & Levin
(1998) have done pioneering work
studying change blindness phenomena in
the real world but the drawback of
experimenting in the real world is
that the stimulus cannot be controlled
precisely and reproducibly and that it
is more difficult to obtain behavioral
measures like eye movement records
than in a controlled laboratory
environment. We feel that a good
compromise is to use Virtual Reality
technology. While allowing to render
quasi realistic natural scenes, it
gives the experimenter perfect control
over all details of the scene, and
allows perfect reproduction of the
visual stimulus. Although relatively
new, we expect to see more research
using virtual reality in the future
(Pelz et.al., 1999; von der Heyde &
Bülthoff, 2000).
changes in a standard flicker task. In
the flicker paradigm, the display is
switched back and forth between an
image and a slightly changed copy of
it with a briefly flashed blank screen
masking the transition from original
to copy. We feel that in dynamic
ongoing tasks this notion of a center
of interest is not powerful enough to
accurately describe subjects'
distribution of processing resources.
In particular, we are interested in
the more fine grained dynamic
properties of attention during ongoing
natural behaviors. Our hypothesis is
that a crucial variable for subjects'
abilities to notice changes is the
exact timing of the point(s) in a task
that a subject needs to extract a
piece of task relevant visual
information. To explore this idea, we
engaged subjects in different versions
of an object sorting task, where the
different versions of the task
D. Ballard, “Ciò che che vedi, è quel che ti serve
Livello di spiegazione psicologico
//chi guida l’attenzione? Importanza del task
“Pick up the bricks in front to back order and
place them on the closer conveyor belt.”
Size irrelevant for both decisions
Livello di spiegazione psicologico
//chi guida l’attenzione? Importanza del task
“Pick up the tall bricks first and put them on the closer conveyor belt.
Then, pick up the small bricks and also put them on the closer conveyor belt.”
For this condition size matters for only the first decision
(which to pick up)
Livello di spiegazione psicologico
//chi guida l’attenzione? Importanza del task
“Pick up the tall bricks first and put them on the closer conveyor belt.
Then, pick up the small bricks and put them on the distant conveyor belt.”
Size relevant for both decisions
Livello di spiegazione psicologico
//cosa viene focalizzato?
• Regioni spaziali (spotlight
theory, Posner)
• Features salienti (Treisman)
• Oggetti
Livello di spiegazione psicologico
//cosa viene focalizzato? Features
• Effetto pop-out:
trovare il disco blu
• ricerca facile
• pre-attentiva
orientazione
• Features salienti (Treisman &
Gelade, 1980):
dimensione
• codificate in mappe parallele
colore
• ricerca parallela
Livello di spiegazione psicologico
//cosa viene focalizzato? Features
• Congiunzione di features:
• ricerca difficile
• attentiva
• L’attenzione è focalizzata
localmente (attentional
spotlight):
• ricerca seriale
trovare un disco rosso
Livello di spiegazione psicologico
//cosa viene focalizzato? Features
• Congiunzione di features:
• ricerca difficile
• attentiva
• L’attenzione è focalizzata
localmente (attentional
spotlight):
• ricerca seriale