III. Kontraszt illúziók - Gátlás Vizuális illúziók III. Kontraszt illúziók - Gátlás Kovács Petra (kpetrabme@gmail.com) BME Kognitív Tudományi Tanszék

Melyik belső négyzet világosabb?

Mit gondolsz? Ugyanakkora a két belső négyzet? Erősebb válasz a világosra sötétben, mint sötétre a világosban.

A vizuális feldolgozásért felelős területek A látás vezető érzékleti modalitásunk, amely lényeges információkat közvetít a bennünket körülvevő világról, ezzel segítve benne az eligazodást. A látórendszer miközben az információt veszi fel, folyamatos predikciókat tesz korábbi tapasztalataink alapján, és megpróbál magyarázatot találni az általunk látottakra, amely a legtöbb vizuális illúzió alapja. Sok illúzió már az alacsonyabb szintű rendszerek tulajdonságai alapján magyarázható, de a bonyolultabbakhoz magasabb szintű rendszerek szükségesek, nem beszélve tapasztalatainkról. A látórendszer kezdeti szakasza a szemünkben lévő idegszövettel, vagyis retinával kezdődik. A fotoreceptorok foton becsapódásokat - a fényeloszlás mennyiségét- mérik és alakítják elektromos információvá, amely akciós potenciálok formájában továbbítódik a kérgi területek felé. Az egyes vizuális területek más és más tulajdonsággal bírnak, az egyszerűbb formáktól a bonyolultabb, összetettebb tárgyak feldolgozásán túl fizikailag is eltérést mutatnak. Az elsődleges látókéreg, vagyis V1, más néven striatális kéreg az első állomás az agykéregben, amely irányulás szelektív sejteket tartalmaz (a sejtek meghatározott irányú vonalakra érzékeny).

Mi és Hol pályák (Mishkin & Ungleider, 1982) mozgás inf. feldolgozása sulcus centralis Ahogy a magasabb szintek felé haladunk, úgy válik bonyolultabbá a rendszer, és kezd összetettebb ingereket feldolgozni. Az úgynevezett receptív mezők (RM), azt a területet jelentik, amelyre egy adott sejt reagál. A V1-ben található RM kb. az előre kinyújtott kezünkön lévő hüvelykujjunkon lévő köröm méretének felel meg. A RM mérete, ahogyan egyre magasabb szintű területek felé haladunk válik egyre nagyobbá. Következő lépcső, a V2, melyet egyszerű geometriai ábrák, mozgó felszínek ingerlik a leginkább. A dorzális, vagyis a fali lebeny felé tartó, vagy funkcionálisan HOL? HOGYAN? rendszernek nevezett pályarendszer a tárgyak mozgásáért, háromdimenziós tulajdonságaiért, a velük való manipulációért felelős. Ide tartozik a V3, majd V5 (majomban MT), amelyet mintázatok sokasága ingerli a legjobban. RM-je igen nagy. A ventrális vagyis halántéki lebeny felé tartó, funkcionálisan MI? Rendszernek nevezett pálya első állomása a V4, amely szín-, forma-, és mintázatérzékelésben játszik szerepet. RM-je néhány 10 fokig terjed. A rendszer utolsó állomása az Inferior Temporális kéreg (IT), amely jellemző ingerei komplex tárgyak, pl. arcok, kezek, három dimenziós ábrák. adott irányú lokális vonalszerű ingerek V1-hez hasonló + egyszerű geometria alakzatok (kör, spirál, csillag) textúrával 3D tulajdonságokkal színnel rendelkező alakok komplex tárgyak arcok, kezek stb.

Gátlás – Kontraszt illúziók A látás a környezet változásait jelzi (adaptáció – utóhatások) A látás a környezet változásait kivonatolja (gátlás – kontraszt illúziók) A tudatos észlelés nem a retinán jön létre. Az észlelési rendszerünket az inhomogenitások érdeklik, éppen ezért a retinában található sejtek az éleket „kedvelik”. Ha az adott inger nem változik, többé már nem érdekes a sejt számára, adaptáció történik. Ha viszont, a látómezőben változás történik a retina sejtjei eltérően formálják a látást azzal, hogy bizonyos információkat hangsúlyoznak (pl. fény szintjeinek különbsége), másokat pedig elhanyagolnak (pl. egységesség). Ahhoz, hogy egy élt beállíthasson, a szomszédos területekről érkező fényszintek különbségét kell mérnie. A retina összesűríti és újraszervezi az üzenettömeget, és ez befolyással van arra, hogy hogyan érzékeljük a tárgyak és felületük megjelentését.

– KÜLÖNBSÉGEK KIEMELÉSE Kb. 130 millió fotoreceptor A ganglionsejtek a retinából továbbítódó információ utolsó retinális állomásai. Míg fotoreceptorokból közel 130 millió található az idegszövetbe, ganglion sejtekből csupán csak kb. 1 millió. Hogyan tudják a ganglionsejtek a hatalmas neurális információt feldolgozni, ha ennyivel kevesebben vannak? Kivonatolják a lényeges (számukra érdekes) részeket. Kb. 1 millió ganglionsejt Kivonatolás! – KÜLÖNBSÉGEK KIEMELÉSE + _

csapok pálcikák pálcikák Fovea 50 µm 5 mm A receptív mezők mérete a retinán való elhelyezkedésük függvényében változik. Minél közelebb vannak a sárgafolthoz - az éleslátás helyéhez - annál kisebbek, minél távolabb, annál nagyobbak. Értelemszerűen tehát a kisebb RM a finomabb feldolgozásért lesznek felelősek hiszen kisebb változást is detektálnak, míg a nagyobb RM-k a nagyobb, kevésbé éles területeket tapogatják le. Fovea

Akciós potenciálokkal válaszol A ganglion sejt A retina „kimenete” Akciós potenciálokkal válaszol Koncentrikus körökből álló receptív mező A ganglionsejtek receptív mezeje (vagyis a fotoreceptorok azon csoportja, amelyből a ganglionsejt az információt szerzi), koncentrikus elrendeződésű. A receptív mező belső és külső része eltérő, ún. antagonisztikus működésű. Egy ganglion akkor tüzel a legnagyobb frekvenciával (vagyis generálja a legtöbb AP-t), ha az általa preferált inger (fény v sötétség) pontosan a belső részt, míg ennek ellentéte a külső koncentrikus kört éri. Ez nem mindent vagy semmit válasz, tehát a különbség mértékével lesz arányos a sejt által generált AP-ok száma. A sejtek nettó válasza a két ellentétes hatás összege lesz. Nem történik kioltás, elkülönült rendszerhez tartoznak, amely lehetővé teszi, hogy mindkét információt felhasználjuk. Központ-Környék antagonizmus / Laterális gátlás On-központú Off-központú + _ _ +

+ Off-központú Receptív mező -     + _ Latóidegbe mikroelektródát szúrunk és mérjük az adott ganglionsejt által generált AP-t, miközben különböző ingerekkel ingereljük a sejtet.

Különbségek kiemelése laterális gátlás: Különbségek kiemelése

Receptív mező karakterisztika következménye: + _ Receptív mező karakterisztika következménye: Nincs állandó megfelelés a receptív mezőbe eső inger intenzitása és a sejt által kiadott válasz között!!! (nem mindent vagy semmit válaszok) A sejt válasza egyaránt függ a kp-i és a környéki rész ingerlésétől is, illetve a két rész közötti különbségtől! A retina történései formálják a látást, azzal, hogy bizonyos információkat hangsúlyoznak, másokat elhanyagolnak. A sejt viselkedése hibákat okoz az észlelésben. Egyenlő fényerősségű tárgyak eltérő világosságúnak tűnhetnek világosságkontraszt.

Mach-sávok A retina kihangsúlyozza az éleket.

Mach-sávok A sötétedő csíkok azt az illúziót keltik, mintha azok között egy világosabb és egy sötétebb sáv húzódna. Az illúziót nehéz lenne a visszaverődő fény megoszlásával magyarázni. Az illúzió magyarázat a központi-környéki ellentétek miatt alakul ki. A D. ganglion környéki része nagyobb mértékű antagonizmust fog mutatni, mint az A. környéki része, amely csökkenti a D sejt összválaszát, az A-hoz képest. Ugyanez a helyzet a C. és B. sejt esetében. A c. környéki része kisebb antagonizmust mutat kp-jához képest, ami nagyobb összválaszt eredményez.

Hermann rács Mi az ami feltűnik? Csak a fehér csíkok kereszteződésénél jelennek meg a pontok. Ahová fókuszálunk, ott nem látunk szürke pontot.

Foveán– kisebb receptív mező méret A B A < B Foveán– kisebb receptív mező méret Foveán kívüli területen – nagyobb receptív mező méret Mindkét receptív mezőre ugyanakkora fény esik. A széli gátlás azonban a kereszteződésekben nagyobb lesz, mivel ott több a világos rész, a sejt kisebb választ ad. A fekete területek közé eső receptív terület esetében kisebb a laterális gátlás, így nagyobb a választ ad a sejt. De miért tűnik el a szürke pont, ha oda nézünk? A foveán legélesebb a kép, ezen a területen a legkisebbek a RM-k. Ez azt jelenti, hogy a központi és környéki területeik annyira kicsik, hogy mindkettő elfér a csíkon belül.

Színes Hermann rács

HR Változata – ‘Szikrázó rács’ (Scintillating Grid ) A szikrázó rács egy a Hermann rács egy változata, amely egyrészt magyarázható a laterális gátlással, másrészt azonban, mivel a hatás eléréséhez minimum egy 3x3 nagyságú rács szükséges, biztosan szerepet játszanak az globális vonások közül a kapcsolódás, és a csoportosítás elvei is.

A hatás független a mérettől http://web.mit.edu/bcs/schillerlab/research/A-Vision/A15-8.htm

Inverz esetben is megmarad az illúzió

A hatást úgy is cáfolni lehet, hogy közben az inger és a receptív mezők kapcsolata változatlan marad A magyarázat a következő okok miatt rossz: A hatás nem függ a mérettől The effect can be obtained with contrast reversal The effect can be negated without affecting the assumed relationship between the stimulus and the receptive fields The discharge and distribution of retinal ganglion cells is not what is assumed by the theory The spatial arrangement of receptive fields is not what is assumed by the theory.

Az orientáció specifikus elemek felsorakoztatása is fontos- ha közelről nézed nincs illúzió, de távolabbról…

A hatás nem nagyobb ha megnöveljük a központi/környéki antagonizmust az ON sejtek esetében

Szimultán kontraszt 1 2 3 4 5 6 Michel Eugene Chevreul, 1839. Sötétebb háttéren világosabbnak tűnik, mint a világos háttéren. 1 2 3 4 5 6

a d b c Valójában: b = d Illúzió: a = d by Akiyoshi.Kitaoka

Dinamikus szimultán kontraszt http://www.michaelbach.de/ot/lum-inducedContrastAsym/index.html A pont világosságát befolyásolja a környezet luminanciája (fényerőssége).

Szimultán kontraszt Megfigyelések Fizikailag egyforma, perceptuálisan különböző Kidolgozott háttéren erősebb hatás ugyanolyan szürke Magyarázat alapjai laterális gátlás A két különböző színű négyzetben lévő négyzet különböző színűnek tűnik, annak ellenére, hogy megegyező színűek. Ez jelenség a hátterek eltérőségének köszönhető és a retinális ganglion sejtek laterális gátlásával magyarázzák. Egy másik magyarázat szerint a vizuális rendszerünk ezzel kompenzálja, hogy a két hátteret különböző megvilágításúnak érzékeli.

Na most akkor mi is történik? Mit látunk? Egyrészt, hogy a jobb oldalon a B csík világosabb mint az A. Másrészt, hogy úgy tűnik, hogy az A csík hátrébb van, mint a B csík. White illúzió:

White hatás 2.

Eltérő fizikai mennyiségek ugyanazt a világosságot okozzák.

Világosságkonstancia A és a B négyzet a szürkének pontosan ugyanazon árnyalata, mégsem így látjuk. „A” négyzetet fényben lévő sötét mezőnek látjuk A világosságészlelésünk a retinára esőfénytől függetlenül változatlan marad. Az A és a B négyzet a szürkének pontosan ugyanazon az árnyalata, mégsem így látjuk. Az A négyzetet fényben lévő sötét, B négyzetet árnyékban lévő világos mezőnek látjuk, mert a kettő fényaránya állandó. „B” négyzetet árnyékban lévő világos mezőnek látjuk

a b

Bizonyára „hibát” okoz az észlelésben Laterális gátlás természetéből következik: a receptív mező kp-i ingerlésére adott sejtválasz a környéki területének ingerlésétől függ. Bizonyára „hibát” okoz az észlelésben Ugyanaz a fényerősség eltérő világosság eltér fényerősség ugyanaz a világosság Tárgy eltérő megvilágításban van, ám a világosságészlelésünk ugyanaz marad a retinára eső fény mennyiségétől függetlenül. Tárgy albedója (reflektancia) állandó. Világosság kontraszt: fizikailag megegyeznek, perceptuálisan különböznek. Világosság Konstancia: eltérő fizikai mennyiségek, ugyanazt a világosságot okozzák. világosság konstancia világosság kontraszt

Invariáns tulajdonságok megragadása! A retinális input sok ambiguitást tartalmaz A látórendszer a konstansok keresése révén dönt Invariáns tulajdonságok megragadása! Mi az a világosság konstancia? Az a tendencia, hogy egy tárgy észlelt világossága nem változik (konstans marad) a megvilágításban történt változások ellenére. jelen esetben az invariáns tulajdonság= a tárgy világossága Világosság konstancia ambiguitás eredete: visszavert fény mennyisége a megvilágitástól is függ konstancia eredete: reflektancia (albedo) konstans

Na jó, de akkor hogy is dől el, hogy egy felszín milyen világosnak látszik?

KONSTANCIA Luminancia = Reflektancia x Megvilágítás (Fényesség) (Világosság) Albedo 10% 90% 10 mL 100 mL 90 mL mL=millilambert Nem SI mértékegysége a fényességnek KONSTANCIA 100 mL 1000 mL 900 mL Aránymagarázat: a fényerősség aránya ugyanakkora marad a világosság változtatása ellenére. Pl. fehér papírlapon egy toll. Az albedo az a fénymennyiség, amelyet egy felület visszaver. Mértéke 0-1-ig, vagy 0-100%-ig terjed. A 0% az ideális fekete, míg a 100% az ideális fehér fényvisszaverési aránya. Egy átlagos fehér papírlap, kb. 90%-ban veri vissza a fényt. Albedo 10% Albedo 90% Albedo = reflektancia

http://index.hu/mindekozben/poszt/2016/03/08/meg_sotetebb_lett_a_legsotetebb_fekete/

Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/ Luminancia = Reflektancia x Megvilágitás (Fényesség) (Világosság) Luminancia kép Elegendő? Checker-box: 2x2-es kockákból áll, amelyet ferde szögből világítunk meg. A különböző oldalakra, különbözőképpen esik a fény. A luminancia kép a reflektanciából és a megvilágításból jön létre. P-nek és Q-nak ugyanaz a reflektanciája, de különböző a luminanciája. Q-nak és R-nek különböző a refelektanciája is és a luminanciája is, a megvilágítása pedig ugyanaz. P-nek és R-nek ugyanaz a luminanciája, mert a P alacsonyabb reflektanciáját ellen súlyozza a magasabb megvilágítás. Reflektancia kép Megvilágítás kép Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/

Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/ Nem elegendő Megvilágítás Reflektancia Az a ábrán a két kijelölt rész észlelését más okozza. A látórendszerünk azonban, ha csak a két kört mutatjuk be, reflektancia változásként érzékeli. Kontextus fontossága! Az alsó ábrán: psi pl. vertikálisan két terület, különböző megvilágítás, horizontálisan különböző reflektancia. Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/

/web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/

Lehetetlen lépcső Megfigyelések Magyarázat alapjai Egyenes felszín csíkokkal, vagy homogén szürke lépcső Magyarázat alapjai laterális gátlás kontextus Y kereszteződés iránya A világos és sötét sarkok úgy tűnik különböző fizikai forrásból származnak. Úgy tűnik a pszi-illesztés központi szerepet játszik. Ha a bal oldalt nézzük, a pszi vertikálisan illeszkedik a sarokra (gerincként) ebből ágaznak el az élek, emiatt úgy tűnik, hogy a csíkok közötti különbség a reflektanciából fakad. A jobb oldalon ugyanez horizontálisan történik, amely arra enged következtetni, hogy a hatásért a megvilágítás a felelős. Reflektancia Megvilágítás

Színek esetében is van kontraszt hatás? #The Dress

Színkonstancia, színkontraszt Retinexelmélet tovább fejlesztése: egy független becslést végez a látórendszer a megvilágítás spektrális összetételére vonatkozóan, ami nem a környezet tárgyairól visszaverődő fény mértékétől függ. Színkonstancia, színkontraszt Retinexelmélet: a színkonstans észleléséhez három különböző hullámhossztartományban egymástól függetlenül kell normalizálni a világosságot http://www.psy.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/light5e.html

Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/

Vasarely illúzió Megfigyelések Homogén szürke felszínek mégis két világító átló Magyarázat alapjai laterális gátlás

Melyik On-központú sejtnek a b Melyik On-központú sejtnek nagyobb az aktivitása? a > b b Ha megfigyeljük az A és B ugyanolyan fényerősségű sávon vannak, a két sejt azonban eltérő aktivitást mutat (b esetében nagyobb a környéki gátlás), ezért az A helyét világosabbnak fogjuk érzékelni. Ugyanez fogalmazható meg minden egyes réteg esetében, amely alakítja a csillag illúzióját. a a b

Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/ Luminancia Hely Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/

Craik-O’Brian-Cornsweet hatás Megfigyelések A bal oldali négyzet sötétebbnek tűnik Luminancia Hely Luminencia Hely Luminencia Hely Magyarázat alapjai laterális gátlás gyors luminancia változás: reflektancia lassú luminancia változás: megvilágítás Az illúzió alapja a két szürke négyzet átmenetes világosságprofilja. A vizuális rendszerünk kevésbé reagál a fokozatos változásokra, míg az éles változásokra erősebben. Ezért látjuk inkább a két téglalap közötti élet.

Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/ Melyik esetben erősebb az illúzió? a vagy b? A fenti két illúzió a Crail-O’Brien-Cornsweet illúzió továbbfejlesztett változata. Ha megnézzük, az alsó kép esetében a korábbi látvány még mindig erős. A felső képnél, már a magasabb szintű folyamatok is bekapcsolódnak. A felső kép inkább árnyéknak (megvilágítás) míg az alsó festésnek (reflektancia) látszik. Edward Adelson http://web.mit.edu/persci/gaz/gaz-teaching/

Knill-Kersten hatás Megfigyelések A baloldali négyzet sötétebbnek tűnik b-n. Magyarázat alapjai laterális gátlás kontextus (retinán túl) – hengeres test esetén árnyékként értékelődik a luminancia csökkenés

Edward Adelson http://persci.mit.edu/demos/gaz/main-frameset.html/

Koffka gyűrű Megfigyelések Magyarázat alapjai Bár a félgyűrűk mindig ugyanolyan háttéren vannak, s mindig egyformák, világosságuk a téri konfigurációtól függ Magyarázat alapjai laterális gátlás Gestalt tényezők (jó folytatás) transzparencia Gestalt-tényezők: látott kép tárgyakká szerveződésével foglalkozott. A tárgy (az egész) több mint a részek összessége. Az alakzat és háttér összefüggéseire, a csoportosítás szabályaira és az alakzatok „jóságára”, pregnanciájára koncentráltak. Alapelveik: 1. egyszerűség. 2. hasonlóság. 3. jó folytatás. 4. közelség. 5. közös sors. 6. ismertség.

Ajánlott irodalmak http://www.cs.tau.ac.il/~hezy/Vision%20Seminar/Lightness%20Perception%20and%20Lightness%20Illusions.htm Geier J, Bernáth L, Hudák M, Séra L, 2008, "Straightness as the main factor of the Hermann grid illusion" Perception37(5) 651 – 665  http://www.perceptionweb.com/abstract.cgi?id=p5622 Sekuler & Blake, 2000, A szem és a látás. In Észlelés, Osiris Kiadó. http://www.purveslab.net/research/explanation/brightness/brightness.html