1 Visual adaptation Visual adaptation is a mechanism by which processing of visual information is continuously recalibrated according to the prevailing.

Az előadások a következő témára: "1 Visual adaptation Visual adaptation is a mechanism by which processing of visual information is continuously recalibrated according to the prevailing."— Előadás másolata:

1 1 Visual adaptation Visual adaptation is a mechanism by which processing of visual information is continuously recalibrated according to the prevailing statistics of the input

2 2 1.What is adaptation- perceptual level 2.Why is adaptation interesting and usefull? 3.Correlates of adaptation- neural level 1.Eeg/erp 2.Single cell 3.fMRIa 4.Mechanisms of adaptation- theories

3 3 Luminance

4 4 Color

5 5 Orientation

6 6 Fixate the center...

7 7 Vertical?

8 8 Early examples of aftereffects TAE Gibson, 1937 Köhler-Wallach, 1944

9 9 Early examples of aftereffects MAE Aristoteles, 1955 Addams, 1834

10 10 MAE Classic.mov

11 11 Further aftereffects Symmetry –Köhler-Wallach 1944 Opponent shape –Regan Hamstra 1992 –Suzuki Cavanagh 1998 (aspect ratio,taper, curvature,skew, convexity) Adaptor Test Percept

12 12 Face distortion aftereffect Webster and MacLin, 1999

13 13 Fixate... X Webster and MacLin, 1999

14 14

15 15

16 A vizuális tapasztalat típusai A vizuális környezet statisztikáján alapuló A vizuális információ relevanciájának statisztikáján alapuló

17 A környezet statisztikáján alapuló tapasztalat A vizuális inputnak mindig többféle értelmezése lehetséges, nem lehet visszavetíteni egyértelműen a fizikai forrására, nem működik az inverz optika (Helmholtz)

18 megoldás: Tapasztalat

19

20 A környezet statisztikáján alapuló tapasztalat kérdés Mennyire képlékeny?

21 A környezet statisztikáján alapuló tapasztalat Folyamatos frissítés

22 A környezet statisztikáján alapuló tapasztalat Összetett tulajdonságok - identitás Átlag arc A környezet statisztikája alapján folyamatosan frissítve

23 A környezet statisztikáján alapuló tapasztalat Rövid távú - adaptáció Minden tulajdonságra kimutatható Identitás Emóció Nem

24 24 2. Why to bother? „the microelectrode of the psychologist (Frisby, 1979)„ 1. If we can demonstrate adaptation to a specific property, then there must exist some neurons in the brain responding selectively to that property.

25 25 2. Why to bother? 2. The properties of the observed adaptations may reveal the processing steps of the adapted feature.

26 26 2.2. Properties of TAE E.g.: TAE suggests adaptation to orientation. Where could it occur? Orientation selective Color selective Spatial frequency selective Transfers from one eye to the other Transfers to even illusory contours Retina? Monocular v1 neurons? Binocular v1 or v2 neurons? Higher order neurons, e.g. IT?

27 27 2.2. Properties of FAEs Size invariant Position invariant Insensitive to the rel. orientation of adaptor and test Thus face senisitive neurons (w large RF and showing the above invariances) might also adapt.

28 28 2. Why to bother? 3. Contingent adaptations help to determine specificity and neural correlates E.g.:TAE is color specific: –Celeste McCollough, 1965

29 29

30 30

31 31

32 32 Color-contingent motion aftereffect

33 33 Color-contingent motion aftereffect

34 34 3. Neural correlates of adaptation Single cell ERP fMRIa

35 35 3. 1. Single cells Repetition supression Inferior temporal cortex Sobotka, Ringo, 1996

36 36 3. 1. Single cells MT Cca 30 % reduc tion VanWezel, Britten, 2002 Preferred Static Non-preferred

37 37 Neural effects of motion adaptation

38 38 3. 1. Single cells Awake and anesthetised animals Stimulus specific Persists over many stimuli Persists over gaps Increases w/ more repetitions of the stimulus Cca 50% of IT neurons show it

39 39 3. 2. EEG/MEG The first repetition effect is after 200 ms (Henson, 2004) –Objects, familiarity, priming –Viewpoints –Decreased high fr. Power also >220

40 40 ERP correlates of shape aftereffects N170 (face specific) Does it really occur only at 200 ms?

41 41

42 42 inger megjelenése N170 Adaptation effect N170 does reflect adaptation (decrease) (increase) ** ** **

43 43 Hands –(Kovács et al, 2005, 2006

44 44 Methods 5 deg peripheral presentation Adaptor and test stimuli could overlap (OL) in the same HF or non- overlapping (non- OL) in opposite HFs.

45 45 Electrophysiology The N170 amplitude difference between OL and non-OL disappeares at short term adaptation

46 46 4. Mechanisms of adaptation PERCEPTU AL LEVEL Before adaptation After adaptation Relative channel sensitivity Relative activity (answer) Percept

47 47 4. Mechanisms of adaptation NEURAL LEVEL –Fatigue

48 48 4.1. Fatigue Each neuron fires less for repeated stimulation Mean population resp decreases Repsonse pattern remains the same

49 49 Investigation of the neural processes of adaptation and learning using fMRI

50 Descartes, De l´Homme (1632) Tobozmirigy- ahol a test a lélekkel találkozik

51 Gall frenológiája (1800)

52 Broca-área (1861) Motoros beszédközpont

53 Korbinian Brodmann, 1909 52 kérgi terület

54

55

56

57

58

59

60

61 Retinotópiás térképezés Retinotópikus vetülés Látómező letapogatása Tootell et al. (1988a)

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72 V1 V2d V3d V2v V3a V3v Retinotópiás térképezés

73 73 3. 3. fMRIa Presenting a grating for 40 sec, then tested v1 responses for diff. orientations. The resp. was largest for orthogonal ori. The ampl. Of response reflects the orient.tuning of v1 neurons. Tootel et al, 1998

74 74 3. 3. fMRIa How to take advantage of it? „adaptation depends critically on the sameness of two stimuli“. What our brain „considers“ „same“? –Invariances vs selectivity for given dimensions E.g. does our brain consider silhouettes and 3-d shaded images the same?

75 75 3. 3. fMRIa no

76 A tanulás idegrendszeri hátterét képező folyamatok A tanult szenzoros ingerek vagy motoros rutinok idegrendszeri reprezentációjának : megerősödése átrendeződése

77 Hosszú távú tanulás - zenészek Schlaug. et al. (2005) Ann. NY Ac.ad. Sci.

78 Hosszú távú tanulás - zenészek Schlaug. et al. (2005) Ann. NY Ac.ad. Sci.

79 Vakok Braille olvasásakor aktiválódik a „látókéreg” Hosszú távú átrendeződés Sadato et al. (1996) Nature

80 Hosszú távú átrendeződés A vakok „látókérgének” funkciója Amedi et al. (2003) Nature Neurosci

81 Rövid távú vizuális tanulás – tárgyak percepciója Op de Beeck et al. (2006) J. Neurosci.

82 Rövid távú vizuális tanulás – tárgyak megkülönböztetése Op de Beeck et al. (2006) J. Neurosci.

83 A Figyelmi Gátlás: az irreleváns ingerek kiszűrése A retinán kódolt vizuális információ nagy része redundáns vagy aktuális szándékaink szempontjából irreleváns zaj A vizuális információ relevanciájának statisztikáján alapuló tapasztalat

84 A figyelmi szelekció zajelnyomó hatása Az irreleváns vizuális információ kiszűrése Az irreleváns, zavaró ingerek figyelmi elnyomásának károsodása számos betegségben kimutatható: dyslexia (Sperling et al, 2005; Roach & Hogben, 2007) attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) (Castellanos et al, 2006) amblyopia (Mansouri & Hess, 2006 )

85 Task: Speed discrimination Which interval contained faster motion? neglected attended Experimental protocol

86 V1 V2 V3v V4v V3d V3a MT pre-teszt post-teszt V3d Egy adott környezet rendszeresen irreleváns ingerei által kiváltott aktivitás lecsökken a látókéregben

87 MT+ R:-0.70 p:0.023 R:-0.71 p:0.019 A perceptuális teljesítmény és az fMRI válaszok közötti korreláció V3d R:-0.73 p:0.016 R:-0.64 p:0.045

88 tapasztalat alapú folyamatos újrahangolása a vizuális információ feldolgozásának tanulás által kiváltott reorganizáció V3d MT+ Az irreleváns vizuális információ kiszűrése

89 Döntéshozatal: Az érzelmek szerepe Kapsz 1000 Ft Nyersz 400 Ft Fogadj Kapsz 1000 Ft Veszits 600 Ft Fogadj t t De Martiono. et al. (2006) Frames, biases, and rational decision-making in the human brain. Science. 4;313(5787):684-7

90 Racionális döntések esetén – erősebb aktivitás a frontális lebenyben Irracionális döntések esetén – erősebb aktivitás az amigdalában De Martiono. et al. (2006) Frames, biases, and rational decision-making in the human brain. Science. 4;313(5787):684-7 Döntéshozatal: Az érzelmek szerepe

91 Döntéshozatal: A jutalom mértékének reprezentációja Hampton. et al. (2007) Neuron