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Percezione del movimento

Corso di Principi e Modelli della Percezione

Prof. Giuseppe Boccignone

Dipartimento di Scienze dell’InformazioneUniversità di Milano

[email protected]://homes.di.unimi.it/~boccignone/GiuseppeBoccignone_webpage/Modelli_Percezione.html


• 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?


//importanza

• Segregazione di figura e sfondo: il moto relativo identifica oggetti


//importanza

• Navigazione


//importanza

• Strutture tridimensionali: effetto cinetico di profondità

• Il tipo di movimento congruo allo spostamento di agenti biologici (i.e., umani, animali)


//importanza


//movimento del prim’ordine

• Percezione del movimento di un oggetto dovuta a un cambiamento di luminanza rispetto allo sfondo

• 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


//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

• 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.



• 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


//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


//livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt



filtro passa basso

filtro passa alto

stimolo


// il detettore di Reichardt come filtro spazio-temporale

• 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

• E’ rappresentabile come un pattern continuo spazio-temporale in coordinate (x,y,t) o (x,t)

RappresentazioneX-Y-T

Percezione del movimento//rappresentazione X-Y-T



Qual è la risposta impulsiva di questi neuroni?

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 spazio-temporali



• 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




• Essendo filtri lineari sono separabili nelle varie componenti spaziali e temporali (ovvero si ottengono moltiplicando le varie componenti


• La risposta di questi può essere combinata per ottenere la risposta impulsiva di neuroni sensibili per il movimento verso destra o verso sinistra


Energia “orientata”


Rappresentazione X-Y-T

Opponenza di movimento


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//Reichardt vs. Adelson-Bergen

• Evidenze sperimentali nella V1

Percezione del movimento//la corteccia striata: evidenze empiriche



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


• 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


//movimento del second’ordine


• Il modello di Adelson e Bergen non è in grado di rilevarlo








//movimento del second’ordine: soluzione



• Occorre introdurre una non linearità per rilevare la tessitura


//movimento del second’ordine: soluzione

• Apertura: L’apertura è una fessura che permette solamente una visione parziale dell’oggetto.


//il problema dell’apertura


• 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






• 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




//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





• 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



• Il paradigma di Newsome e Pare



• 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






//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

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