P rocesarea vizuală

1. Procesarea vizuală Curs 4

2. Aproape 50% din suprafaţa neocortexului este implicată în prelucrarea informaţiei vizuale. Prin urmare, majoritatea informaţiilor pe care le avem despre mediul extern sunt de natură vizuală. • Modele dezvoltate în psihologia cognitivă pentru a explica acest tip de procesare trebuie să aibă atât plauzibilitate neuronală, cât şi eficienţă în implementarea lor în reţele non-umane.

3. Neurobiologia procesării vizuale • Numim un fenomen ca fiind vizibil atunci când emite unde electromagnetice cu lungimi de undă între 440 şi 810 milimicroni şi care provoacă o activitate fotochimică la nivelul receptorilor. • Lumina străbate mediile transparente ale ochiului şi ajunge la retină, care are cinci straturi celulare: receptori (celule cu conuri şi bastonaşe), celuleorizontale, celule bipolare, celule amacrine şi ganglioni (aceştia se prelungesc în axoni care formează nervii optici).

4. Neurobiologia procesării vizuale • Retina are o structură laticeală, celulele nervoase sunt conectate pe orizontală de celule amacrine şi celulele orizontale, iar receptorii sunt conectaţi pe verticală de celulele bipolare, ganglionare şi de nervii optici. • Această structură arată că nu se vizează procesarea întregii informaţii vizuale, ci doar a celei semnificative. Se face o diferenţere şi o procesare segregată încă de la nivelul periferic al sistemului vizual.

5. Neurobiologia procesării vizuale • Pe ansamblu, unei celule ganglionare îi revin 120-130 de receptori. • Informaţia este trimisă către nucleii geniculaţi laterali din talamus, apoi către cortexul vizual (striat) unde este analizată şi se produce recunoaşterea obiectului.

6. Câmp receptor, celulele on-off şi off-on • Zona de pe suprafaţa retinei care modifică activitatea celulei nervoase se numeşte câmp receptor. Aceasta se întâmplă deoarece unui ganglion îi corespund mai mulţi receptori şi el nu se activeză la stimularea unui singur punct de pe retină, ci la stimularea unei arii. • Este o noţiune funcţională, nu una biologică.

7. Câmp receptor, celulele on-off şi off-on • Celulele on-off sunt acelea care intensifică rata descărcărilor electrice (frecvenţa potenţialelor de acţiune) dacă stimulul luminos cade în centrul câmpului receptor. Şi scade activitatea celulei nervoase, dacă stimulul se află la periferia câmpului receptor. • În contrapartidă, celulele off-on au activitate maximă dacă în centrul câmpului lor vizual este un punct negru înconjurat de fascicule luminoase (de lumină).

8. Câmp receptor, celulele on-off şi off-on • Activitatea celor două tipuri de celule este insensibilă la stimularea uniformă a câmpului receptor datorită inhibiţiei laterale. Existenţa acestor tipuri de celule, care îşi au sediul în corpii geniculaţi laterali, poate fi probată prin teste neurofiziologice, cât şi prin metode psihofizice, cum ar fi grilajul Hermann-Hering.

9. Detectorii de trăsături • Sunt trei tipuri de detectori de trăsături - features detectors (Hubel şi Wiesel, 1959): celule simple, celule complexe şi celule hipercomplexe. • Celulele simple detectează contururi, fante luminoase sau linii. Ele sunt hiperspecializate, încât recţionează decât la un singur tip de stimul (contururi, fante, linii). O singură celulă simplă însumează activitatea mai multor celule on-off şi off-on din nucleii geniculaţi.

10. Detectorii de trăsături • Celulele simple sunt organizate somatotropic, adică o anumită regiune din cortexul vizual procesează informaţia dintr-o anumită zonă a câmpului vizual, ignorând stimulii dintr-o altă locaţie. • Celulele complexe: se află în ariile striate şi parastriate şi prelucrează informaţii cu un nivel mai mare de generalitate. Ele răspund la aceeaşi categorie de stimuli indiferent de zona în care se află în câmpul vizual. Decodifică şi stimulii în mişcare.

11. Detectorii de trăsături • Celulele hipercomplexe: sunt de două tipuri. Primul tip detectează stimuli identici cu cei decodificaţi de celulele complexe, dar care au o anumită dimensiune. Al doilea tip detectează unghiuri. Acest tip este foarte selectiv, unele celule detectează doar unghiuri drepte, altele doar unghiuri ascuţite, etc. • Unele cercetări sugerează că ar exista celule hipercomplexe care detectează chiar şi forme de genul triunghiului, mâinii sau chiar feţei.

12. Detectorii de trăsături • Este improbabil ca forme complexe precum feţele să fie detectate de o singură celulă. În cazul în care aceasta moare, dispare şi posibilitatea de a detecta anumite obiecte precum mâinile, feţele cunoscuţilor? • Hubel şi Wiesel sugerează o organizare ierarhică a celor trei tipuri de celule. Nu este exclus, însă ca toate cele trei tipuri de celule să funcţioneze în acelaşi timp şi nu transmiţându-şi unele altora informaţiile în trepte.

13. Procesarea informaţiei vizuale • Ne vom afla la nivelul computaţional, adică vom încerca să explicăm prin modele logico-matematice cum un input specific este calculat pentru a oferi un output specific. • Cu alte cuvinte, există o multitudine de algoritmi care să calculeze o funcţie şi o multitudine de sisteme fizice (de harduri) capabile să implementeze un algoritm.

14. Astfel, teoriile computaţionale care explică analiza vizuală a informaţiei sunt abstracte şi formalizate, ceea ce pare nenatural pentru psihologii tradiţionalişti. • La nivel computaţional se descriu două niveluri ale procesării: procesarea primară şi procesarea secundară a informaţiei. • Procesarea primară cuprinde prelucrări pre-atenţionale cu o durată de aproximativ 200 milisecunde. Au ca scop reprezentarea în sistemul cognitiv a caracteristicilor fizice ale stimului.

15. Aflăm unde este stimulul, dar nu şi ce este. Avem mecanismele de detectare a contururilor, a texturii, a mişcării, a culorii şi a dispunerii spaţiale. • Procesarea secundară vizează recunoaşterea obiectelor. Are ca input rezultatele procesării primare şi ca output imaginea tridimensională a unui obiect identificat. • David Marr (1982) oferă schema generală a procesării informaţiei vizuale:

16. Schema generală a procesării informaţiei vizuale (D. Marr) • Stimulii vizuali sunt transpuşi într-o schiţă primară, care este supusă unui tratament modular prin care se stabileşte: • poziţia şi forma • textura • culoarea • distanţa şi adâncimea • dacă este în mişcare şi cum.

17. Schema generală a procesării informaţiei vizuale (D. Marr) • În urma acestor procesări modulare realizate în paralel, se produce o imagine intermediară numită şi 2½D (ca să sugereze intermediaritatea ei între imaginea bidimensională de pe retină şi imaginea tridimensioanală). • După procesarea 2½ D şi pe baza inputului ei se realizează procesarea secundară, imaginea 3D şi recunoaşterea obiectului. • Procesării primare îi corespunde decât primele două niveluri (schema primară şi imaginea 2½D), imaginea 3D şi recunoaşterea aparţin procesării secundare.

18. Caracteristici ale procesărilor primare • Sunt organizate pe module, care funcţionează în paralel, sunt nepentrabile cognitiv şi non-inferenţiale. • Sunt independente de natura stimulului. Vor procesa la fel indiferent ce procesează. • Au un caracter irepresibil, automat. • Depind de nişte asumpţii despre realitate (asumpţia rigidităţii, asumpţia unicităţii, asumpţia continuităţii). Nu este foarte clar demonstrat dacă aceste asumpţii sunt precablate în sistemul cognitiv sau sunt învăţate.