меню
Содержимое Скрывать

В этой главе мы проанализируем восприятие движения связывающие зрение и когнитивные процессы, которые позволяют нам видеть движущиеся объекты и следить за ними, а также визуально отслеживать движущиеся объекты.

восприятие движения

Что такое восприятие движения

Восприятие движения — гораздо более примитивный механизм зрения, чем восприятие глубины или цвета. Движение является ключом к обнаружению добычи и установлению точных движений, чтобы выследить ее или, наоборот, остаться незамеченным хищником и убежать в нужный момент. Для большинства животных тот факт, что они остаются неподвижными, придает им характер невидимости.

Клинические исследования пациентов с травмами головного мозга показывают, что восприятие движения основано на височной срединной (ТМ) зоне. Повреждение этой области связано с двигательной агнозией.

Определение восприятия движения

Мы можем определить восприятие движения как когнитивную способность, которой обладает организм, которая позволяет ему немедленно улавливать изменение места объекта или тела и в то же время воспринимать некоторые атрибуты, связанные с этим изменением, такие как скорость. и направление.

Что включает в себя восприятие движения?

Обнаружение движения означает:

  1. Точное отслеживание объекта, движущегося перед нами.
  2. Функция «общей судьбы», в которой мы воспринимаем различные движущиеся элементы, сопровождающие нашу основную цель, создает ряд очень полезных ориентиров для обнаружения глобального движения и трехмерного восприятия этой цели, поскольку она придает больше ключей, чем простое статическое видение.
  3. Возможность идентификации определенного объекта путем анализа его движения (крупная птица двигает крыльями медленнее, чем маленькая птица, которая представляет меньшую опасность как хищник).

Как воспринимается движение

В общих чертах выделяют два основных механизма восприятия движения:

  • Первый включает в себя обнаружение изменения взаимного положения деталей которые составляют зрительный образ.
  • Второй включает в себя использование глаз для слежения за движущейся целью.

Первый механизм, реагирующий на изменение изображения, мы называем имиджевая система-сетчатка и второй, который реагирует на движение от изменения положения глаз и головы, система глаз-голова (Грегори 1978).

Мы можем утверждать, что анализ движения в первичных зрительных областях, ранняя обработка, представляет собой фундаментальное свойство зрительной системы и не зависит от предварительного вычисления расстояния, что позволяет выполнять определенные задачи в соответствующее время, чтобы гарантировать нашу выживание.

Схематично среди этих задач можно отметить:

  • кодирование третьего измерения,
  • Оценка столкновения, 
  • Различие между фигурой и фоном, 
  • контроль баланса, 
  • Контроль движений глаз   
  • Восприятие непрерывного движения.

С математической точки зрения задача анализа движения и задача анализа ориентации в пространстве практически совпадают. Отличие в том, что при ориентации мы движемся в плоскости пространственных координат (x,y), а анализ движения происходит в объеме, в пространстве-времени (x,y,t).

Восприятие видимого движения

Реальность такова, что для визуального ощущения, что что-то движется, вовсе не обязательно, чтобы возникло движение. Макс Вертгеймер (1912) был одним из первых, кто начал изучать видимое движение, начав Гештальт школа.

Он заметил, что когда два источника света, разделенные небольшим пространством и с короткими интервалами зажигания, включаются, у наблюдателя возникает ощущение движения, это то, что мы знаем как Стробоскопическое движение. Для оптимального движения должен быть интервал между 10 и 14 мс. Если интервал был короче, возникало ощущение двух одновременных вспышек, а если он был больше, то возникало ощущение двух последовательных вспышек. 

Последовательность последовательных изображений, создающих видимое движение

Следуя этому принципу, объясняется ощущение движения, которое мы испытываем, когда идем в кино или смотрим телевизор, при котором происходит смена кадров 24 раза в секунду, с пиксельным обновлением 30 раз в секунду соответственно ( в компе х 60).

Текущие эксперименты по кажущемуся движению устанавливают следующую взаимосвязь в качестве времени между стимулами:

  • ощущение одновременности: менее 20 мс.
  • частичное движение: между 20 и 40 мсек.
  • Оптимальное или бета-движение: между 40 и 60 мсек.
  • движение фи: между 60 и 200 мсек.
  • последовательное движение: более 200 мс.

Характеристики кажущегося движения

В кажущемся движении мы знаем, что чем больше расстояние между стимулами, тем длиннее должны быть межстимульные интервалы (Фаррелл, 1983).

Самое главное в кажущемся движении — это асинхронность между стимулами, время, прошедшее между началом одного стимула и другим (стимульная асинхрония начала, СОА), а также межстимульный интервал (конец одного и начало другого). другое). . Для изучения кажущегося движения необходимо различать ближнее и дальнее движение.

движение на короткие дистанции

Тип примера ближнее движение - это кино, с фиксированным интервалом последовательности стимулов, 24 в секунду, и с минимальным смещением объектов в каждом кадре между 5 и 15 угловыми минутами.

движение на большие расстояния

Движение на большие расстояния — это то, что мы получаем с последовательным освещением, которое допускает большие расстояния, чем движение на короткие расстояния. Также время между стимулами может быть больше, более 200 мс.

Восприятие индуцированного движения

Вынужденным движением мы называем иллюзию, возникающую, когда реально неподвижный объект движется, перемещая систему отсчета, в которой он находится, как, например, луна и облака, когда они движутся быстро из-за действия ветер. , если мы смотрим на луну, то при прохождении облаков кажется, что луна тоже движется, в направлении, противоположном направлению облаков.

автокинетическое движение

Другое кажущееся движение — автокинетическое движение. Мы наблюдаем это, когда у нас есть фиксированный источник света в темной комнате.

В этом случае, понаблюдав за светом какое-то время, мы чувствуем, что он движется, что происходит из-за незаметного движения глаз.

Механизм восприятия движения

Сегодня считается общепринятым, что движение является первичным восприятием нашей зрительной системы. Одним из доказательств, используемых для этого утверждения, является иллюзия водопада, в которой после наблюдения за водой, текущей в одном направлении, когда мы смотрим на берег, на несколько мгновений мы видим, как она движется в направлении, противоположном тому, как она сделал водопад воды. Это говорит о том, что есть низкоуровневые нейроны, утомленные, чувствительные к движению, настроенные на определенное направление и скорость. Эта иллюзия возникает из-за явления, известного как «избирательная адаптация».

Фазы восприятия движения

Сигнал движения начинает обрабатываться в сетчатке у большинства низших животных, это от кошки и до человека, у которых обработка становится более сложной и происходит на центральном уровне.

У человека первые нейроны, чувствительные к движению, находятся в верхнем двухолмии и в первичной полосатой коре. Среди первых исследований того, как мы обнаруживаем движение, выделяются работы Райхардта, который предложил модель с минимум тремя нейронными единицами, двумя простыми кортикальными нейронами, А и В, с системой задержки информации в одном из них и , подключенный к третьему нейрону M (см. рисунок), так что campРецептивные нейроны А и В настроены на края определенной ориентации (вертикальные полосы), таким образом, излучаемые ими сигналы сравниваются с другим сигналом, излучаемым третьим нейроном, М.

восприятие движения

Если стимул, такой как световая полоса, которая движется справа налево, как на рисунке, достигает нейрона А, а затем Б, то бывает, что ответ А переходит на систему задержки, которая замедляет его активацию, сигнал, который посылается в нейрон. третий нейрон М, замедляется и, таким образом, совпадает с приходом ответа от второго нейрона В. совпадение в М ответов А и В, делает разряд М большим, чем если бы сначала стимулировался В, а затем А , где их совпадающие ответы на M больше не будут поступать, а ответ последнего ниже. В первом случае при высоком отклике М оно воспринимается как движение, а во втором случае при более низком отклике М уже нет восприятия движения. Каждая система настроена на определенное направление и скорость движения.

тектопульвинарный путь

Изучение анатомических путей зрительного восприятия выявило наличие других путей, связанных с движением, выделив тектопульвинарный путь.

Тектопаульвинарный путь является более древним с эволюционной точки зрения путем по отношению к коленчато-полосатому пути, хотя и в этом пути мы также находим связи с магноцеллюлярной системой, более специфичные для восприятия движения.

Оба пути содержат намного больше клеток с временным ответом, чем с устойчивым ответом, последний более характерен для парвоцеллюлярный путь, отвечающий за детализацию объектов или обнаружение медленных движений. Временная или переходная реакция гораздо более типична для обнаружения движения.

Клетки, реагирующие на переходные паттерны, в большей степени обнаруживаются в периферической части сетчатки, тогда как в центральной сетчатке мы находим клетки с устойчивым ответом, поэтому медленные движения воспринимаются при портить, со скоростями, не превышающими 1.5º в секунду, присутствие этих клеток уменьшается по мере удаления от желтого пятна, в то время как количество клеток с переходным паттерном теперь увеличивается, с большей способностью обнаруживать быстрые движения.

El система магнуса дальтоник и чувствителен к яркости, в то время как парвовирус очень нечувствителен к яркости и очень чувствителен к цвету, поэтому система магно больше ориентирована на восприятие движения.

Восприятие движения и мозг

В головном мозге есть области, в которых обнаружено большое количество детекторов Рейхардта, первичная зрительная кора и височная доля (медиальная височная область и медиальная надвисочная область или V5). Клетки в этих зонах настроены на направление движения, а во многих случаях и на скорость движения. Похоже, что основное различие между нейронами V1 и V5 заключается в размере их клеток.ampос восприимчив, почти в 5 раз выше в V5.

Эксперименты с системами точечной когерентности показывают, что люди очень чувствительны к обнаружению движения, иногда достаточно 3% когерентности, чтобы это продемонстрировать, особенно при скорости 2º в секунду и campили визуальный стимулируется ampбеспорядок. В V1 мы обнаруживаем небольшие движения относительно его ampвысоте, находясь в V5, где обнаружено глобальное движение.

обнаружение движения

Первым делом при анализе движения нужно задаться вопросом о том, какое смещение изображения необходимо для того, чтобы его можно было воспринять, то есть мы спрашиваем о минимальном пороге движения.

Герман Оберт (1886) первым заметил, что в темноте можно обнаружить движение световой точки, находящейся на расстоянии 50 см от глаза и движущейся со скоростью 2.5 мм в секунду, что эквивалентно 10-20 угловым минутам или 1/5 часть градуса угла зрения в секунду.

Измерение зрительного восприятия движения

Точный способ обнаружения движения — это использование методов, в которых элемент, который движется, сравнивается с другими, которые остаются неподвижными, это то, что мы называем «фиксированный визуальный контекстТаким образом, минимальное воспринимаемое движение составляет 0.25 мм в секунду или 0.3º угла зрения в секунду, по сравнению с 0.02º, которые необходимы в фиксированном контексте.

Похоже, что эта способность различать движения появляется в раннем возрасте, в возрасте восьми недель.

визуальная иллюзия движения

Система отсчета также важна для обнаружения ускорения объекта, что может привести к ошибкам оценки.

Если у нас есть фиксированная точка внутри прямоугольника, которая движется, хотя скорость постоянна, когда точка приближается к краю прямоугольника, кажется, что скорость увеличивается, она ускоряется, хотя это всего лишь иллюзия.

Еще одна важная связь между объектом и кадром — это их размеры. Объект в большом кадре должен двигаться быстрее, чем объект в маленьком кадре. Ощущение скорости совсем другое. 
Исследования восприятия движения выявили ряд проблем, порождающих двусмысленность восприятия, наиболее важными из которых являются:

корреспонденция движения

Соответствие движения возникает, когда «кадр» визуальной сцены представлен в момент времени t1 и кадр, соответствующий более позднему моменту времени t2, когда объекты сцены изменились и мы должны собрать их (сопоставить), чтобы мы иметь плавное представление последовательности.

Возникает проблема, какая часть первого изображения соответствует какой части второго изображения. Доусон (1991) предлагает принцип ближайшего соседа, принцип гладкости и принцип целостности элемента для достижения равномерного эффекта при последовательном прохождении кадров.

открытие проблемы

Начальная проблема, связанная с восприятием движения, показывает, как детектор Рейхардта может активироваться с помощью различных стимулов, как скорости, так и направления.

Блок обнаружения стимулируется горизонтальным сдвигом вертикальной полосы, но он также будет стимулироваться наклонной полосой, которая смещается горизонтально, или вертикальной полосой, которая смещается наклонно. Ответы будут те же, что предполагает проблему неоднозначности в обнаружении этого движения, это как если бы мы видели фигуру, движущуюся через очень узкое окно, мы бы увидели движение, через него что-то движется, но мы не могли бы сказать в каком направлении это делает.

Экспериментальные работы показывают, что клетки V1 будут чувствительны к открывающему движению, в то время как глобальное движение происходит в клетках V5. В V1 есть видение линейного движения, то, что видит сетчатка, видно, в то время как в V5 движение структурировано, а в V3 оценивается динамическая форма, форма движущегося объекта.

проблема со скоростью движения

Способ, которым наша перцептивная система анализирует скорость, с которой движется стимул, не столь ясен.

Мы знаем, что наклонные стимулы воспринимаются медленнее, чем вертикальные. В настоящее время существует несколько гипотез, но, по-видимому, наиболее принятой является средневзвешенная Касте, 1993 г.

Еще одним интересным аспектом является постоянство скорости. Если мы видим объект, движущийся с постоянной скоростью и удаляющийся, большее расстояние определяет, что угловая скорость при campили визуально уменьшается, однако у нас нет ощущения, что скорость его прокрутки снижается. Существует несоответствие между скоростью сетчатки и центральной скоростью, что позволяет нам сохранять реальное видение объекта, который движется с постоянной скоростью, независимо от расстояния, на котором он находится от нас.

Мы оставляем тему «Время столкновения» в качестве особого раздела, с которым мы будем иметь дело, когда будем говорить о видении и действии, особенно в случаях зрения и спорта.

движение глаз

Общим фактом повседневной жизни является то, что мы можем следить глазами за объектом, который движется перед нами, мы следим за ним и фиксируем его на сетчатке, он не движется на нашей сетчатке, и все же мы знаем, что объект движется. .

Точно так же, когда мы что-то ищем, например, в комнате, мы перемещаем взгляд по сцене, которая остается неподвижной, так что объекты движутся на нашей сетчатке, но мы знаем, мы воспринимаем их как неподвижные. В обоих случаях глаза двигаются, но сцена остается стабильной. Для объяснения этого была предложена теория следственного разряда.

Теория кароларного разряда

Эта теория предполагает, что восприятие движения зависит от трех типов сигналов, связанных с движением глаз или изображениями, пересекающими глаза:

  1. сигнал двигателя (СМ): Который посылается глазным мышцам, когда наблюдатель двигается или пытается двигать глазами.
  2. Una последующий разрядный сигнал (SDC): Копия сигнала двигателя
  3. Una сигнал движущегося изображения (SMI): Возникает, когда изображение стимулирует рецепторы при перемещении по сетчатке.

Согласно теории следственного разряда, наше восприятие движения определялось бы либо моторным сигналом глазных мышц и последствием разряда, либо сигналом движения изображения на сетчатке, либо даже тем и другим, учитывая, что он происходит спонтанно вместе, что привело бы к структуре, называемой «компаратором». В нем поступают раздражения нейронов, проводящих эти два сигнала.

Движение воспринимается, когда компаратор получает либо сигнал движения изображения, либо последующий сигнал разряда отдельно.

Однако, когда два сигнала поступают на компаратор одновременно, они компенсируют друг друга, в этот момент зрение отсутствует, поэтому движение не воспринимается. Давайте посмотрим, что это значит.

видение движущихся объектов
Схема модели следственного разряда.

Моторная область посылает двигательный сигнал для движения глаз к глазным мышцам и посылает сигнал для последующего разряда в структуру, называемую компаратором. Движение стимула по сетчатке генерирует сигнал движения изображения, который также достигает компаратора. Компаратор посылает свой сигнал в зрительную кору, чтобы возникло ощущение движения или нет.

Нейроанатомические исследования выявили клетки, ответственные за приток и отток в головном мозге. Эти механизмы служат для стабилизации campили визуальное, подобное этому, до движения глаз или головы, мы не видим визуальной сцены, движущейся перед нами, наше внешнее восприятие не деструктурировано, как мы говорили ранее.

Мы можем убедиться в этом, надавив пальцем на глаз, глаз движется, а внешняя сцена движется в противоположном направлении, потому что движение глаз не происходит по приказу мозга, оно непроизвольное, нет сигнала от мозга. мышцы окуляров и поэтому внешнее изображение дестабилизируется, все движется. Этот набор фактов составляет основу теории следственных разрядов.

Как мы видим движение?

Природа этого процесса заключается в том, что создается копия моторной команды.

Последующий разряд будет сообщать о произвольном движении глаз, создавая систему сравнения движений, принимая во внимание указанный сигнал в отношении афферентной информации, поступающей от сетчатки. Если эти афферентации относительно движения визуальной сцены согласуются с предвосхищением движения, выводимым из движения глаз, восприятия движения не будет. С другой стороны, если ощущается определенное несоответствие между сенсорным афферентным и последующим разрядом, то в случае следования взглядом за движущимся объектом ретинальные афференты объекта не будут соответствовать смещению, которому должна подвергнуться вся зрительная сцена. в соответствии с движением наших глаз, поэтому компаратор информирует соответствующие сенсорные области о существующем несоответствии, и, несмотря на сигналы сетчатки, мы в конечном итоге увидим движущийся объект на статичном фоне.

Движение глаз и мозга

Медиальная премоторная лобная кора генерирует реплику эфферентного порядка, которая может быть направлена ​​на предполагаемую систему сравнения или может быть интегрирована непосредственно в определенные области коры, участвующие в восприятии движения. Последующий разряд — это копия моторной команды, связанной с произвольными движениями, которая направляется непосредственно в корковые перцептивные центры. Анатомическим нервным субстратом, на котором выполняется эта функция, будет верхнее двухолмие, поскольку на это указывают клинические данные. Разряд ее нейронов регистрируется, когда глаз остается неподвижным перед определенным раздражителем, пересекающим его campили рецептор, но они остаются неактивными, когда из-за движения глаз это campили периферический тот, который движется по отношению к статическому раздражителю. Бездействие этой последней ситуации было бы связано с тем, что, несмотря на то, что стимул перемещается в сетчатке и вampили рецептор этих нейронов, двигательная копия команды движения мышц, вызывающих движение глаз, нейтрализует афферент сетчатки.

Недавние работы также относят к этим задачам пульвинарталамическое ядро, оно будет получать информацию о движении глаз от верхнего холмика и сравнивать ее со зрительным изображением, полученным от V1. Выходные данные, полученные в результате этого сравнения, отправляются в предварительно исчерченные области коры, специализирующиеся на восприятии движения, V3 и V5, поэтому эти области могут различать смещения изображения на сетчатке из-за движущегося объекта от тех, которые вызваны движениями глаз. .

Более поздние исследования на обезьянах предполагают, что определенные нейроны в области MST будут объединять визуальную информацию с информацией о движениях глаз, составляя то, что было названо «неокортексальной компараторной системой» (Barinaga 1996 и Andersen 1997). У людей должен быть аналогичный механизм, но расположенный в верхней теменно-затылочной области, SPO, что указывает на то, что на этом уровне будет интегрирован последующий сигнал разрядного типа. На этот уровень будет поступать другая информация из экстрастриарных, вестибулярных, кинестетических и т. д. областей, что может быть полезно для системы сравнения. Исследование, проведенное Брандтом в 1998 г., указывает на наличие реципрокного торможения между областью SPO и областью вестибулярной коры, теменной областью, которая считается мультисенсорным интеграционным центром восприятия ориентации тела и автомобиля. Мы это понимаем, когда находимся в машине, и она ускоряется или замедляется, происходит активация вестибулярной коры, вызывающая дезактивацию зрительной коры ПСО-области, таким образом мы воспринимаем, что движемся мы, а не мы. пейзаж, который мы видим за окном.

Наряду с этими фактами следует добавить временную слепоту, возникающую при быстром движении глаз, саккаде. В этих условиях оптокинетическая система подавляет сигнал сетчатки, поэтому не происходит смещения внешней сцены. Вовлеченный механизм был бы подобен тому из последующего разряда.

Движение оптического массива

Восприятие движения включает в себя стимулы, которые активируют детекторы признаков или последующую разрядку, но оно также влияет на то, как вещь движется по отношению к другим в окружающей среде.

Гибсон в 1979 году первым защитил этот факт и ввел термин «оптическая матрица” для обозначения структуры, созданной поверхностями, текстурами и контурами. Наиболее важным элементом оптической матрицы в отношении восприятия движения является то, как оно изменяется, когда наблюдатель движется или когда что-то движется в окружающей среде. Эти изменения необходимы для знать, движется ли наблюдатель или движутся ли объекты в окружающей среде.

Есть несколько ситуаций, дающих подсказки, когда объект, изолированный от окружающей среды, движется, попеременно закрывая и открывая неподвижный фон. Это соответствует явлениям устранения и усиления. Мы видим это, когда смотрим на человека, идущего по сцене, это то, что называется "локальное возмущение оптической решетки”, и указывает на то, что этот человек переезжает. В то же время мы знаем, что он движется благодаря сигналам, посылаемым глазными мышцами при следовании за его движением, и благодаря феномену окклюзии и деокклюзии объектов сцены, которые находятся дальше от человека, который смотрит на него. ходит, и это «прикрывает» и «раскрывает» по мере того, как вы идете. 

Когда прокручивается вся визуальная сцена, весь массив вызывается "общий оптический поток", а это свидетельствует о том, что это наблюдатель, который движется в окружающей среде.

Восприятие движения и наше биологическое движение

Мы уже видели в других главах, что объекты в сцене не появляются независимо друг от друга, они группируются в более крупные объекты в соответствии с другими предписаниями, как это предлагается законами гештальта, и одним из критериев группировки было движение. Например, закон общей судьбы, который гласит, что стимулы, движущиеся в одном направлении, кажутся принадлежащими одному и тому же объекту.

Другой пример того, как движение способствует организации восприятия, можно увидеть в обнаружении человека или животного. Если мы поместим огни на человека или животное и воспримем эти огни только в темной комнате, где мы не видим движущуюся фигуру, то в момент начала движения мы в большинстве случаев догадаемся, что это человек, человека или животного.

Биологическое движение является очень мощным стимулом, который проявляется очень очевидным образом. Обнаружение человеческой фигуры подчиняется смешанному механизму, снизу вверх и, в особенности, сверху вниз, т. е. предшествующий опыт наблюдения за ходьбой человека необходим для того, чтобы оценить этот тип движения, идентифицировать его.

биологическое движение

Из биологического движения видно, что восприятие движения связано с набором зрительных восприятий.

Большую часть времени мы видим объекты в движении, мы, как правило, находимся в изменяющемся сценарии либо потому, что движемся, либо потому, что есть элементы сцены, чуждые нам, которые движутся. Сочетание конкретных стимулов объектов, их формы, текстуры и т. д. сочетается с характеристиками их движения, что облегчает их идентификацию и, следовательно, прогнозирование того, что с ними произойдет.

Если мы обнаружим стол, то, скорее всего, он останется на своем месте и мы избежим столкновения с ним, а если мы опознаем транспортное средство, движущуюся машину и хотим перейти улицу, мы разработаем план действий, чтобы он не наезжает на нас, рассчитывая время столкновения, в силу размера, скорости приближения (расширения сетчатки и т. д.) и других факторов.

Влияние нисходящих механизмов очевидно в экспериментах, подобных тому, который провел Шиффрат Фрейд (1993).

На них спроецировали две фотографии человека с поднятой и согнутой на уровне головы правой рукой. На первом фото рука находится за головой, а на втором - впереди. Если время предъявления между двумя фотографиями было меньше 200 мс, сознательное время обработки отсутствует, и две фотографии воспринимаются как рука, проходящая через голову, но если время предъявления превышает 200 мс, большинство наблюдателей воспринимал движение руки вокруг головы, переходящее сзади вперед. Это указывает на силу когнитивного эффекта, рука не может пройти через голову, двигаться сзади вперед, она должна обогнуть голову, и, хотя это не то, что проектировалось, наблюдатели воспринимали этот факт.

Это показывает, что восприятие движения следует тем же принципам, которые мы наблюдали при восприятии статических форм, где фундаментальную роль играли гештальт, нисходящие когнитивные механизмы.

Резюме
восприятие движения
Название статьи
восприятие движения
описание
Мы подробно объясняем восприятие движения и когнитивные процессы. Это одна из глав, посвященных зрению, глазу и тому, как мы видим.
автор
Имя редактора
Área Oftalmológica Avanzada
Логотип редактора