Mdulo 5: EL MOVIMIENTO VISUAL

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Módulo 5EL MOVIMIENTO VISUAL

• Alejandro Maiche
• E-mail Alejandro.Maiche_at_uab.es
• Laboratori de Percepció
• Area de Psicologia Bàsica, U.A.B
• http//psicol93.uab.es/visio

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La importancia de detectar movimiento
El principal objetivo del movimiento es el de
crear una representación útil para guiarnos en
el entorno y relacionarnos con otros organismos
y objetos

• Algunos Ejemplos
• Estimación de distancias (paralaje de movimiento)

• Discriminación figura-fondo (Nakayama y Loomis,
  1974)

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La importancia de detectar movimiento
Más Ejemplos

• Reconocimiento de objetos y formas movimiento
  biológico humano (Johansson, 1973) ymas!!
• Sapos que no pueden comer

• Motion blindness
• (la paciente de Munich, 1980)

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Akinetopsia
Daño en la corteza cerebral (presumiblemente en
el Area V5) que resulta en una imposibilidad para
percibir objetos en movimiento.
El sujeto percibe una serie de imágenes estáticas
(como si la luz fueran flashes). Las personas
aparecen de repente. Diagnostico inicial
agorofobia.
Como ve una persona con este síndrome?
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Percibir movimiento Cómo lo hacemos?

• Recordando conceptos....

En todos los niveles de procesamiento (desde la
retina hasta el cortex) el campo visual está
representado topográficamente (las neuronas que
están cerca en el cortex, representan zonas
próximas en el campo visual)
La detección de rasgos en el SV también sigue la
jerarquía de procesamiento Las células de V1 (y
posterior) son las que responderán a estímulos
mas complejos (barras, por ej.) y a
características más complejas orientación.
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• Más conceptos básicos....

CAMPO RECEPTIVO de una CELULA El área de la
retina a la cual dicha célula está conectada o
la región del campo visual a la cual responde la
célula.
A medida que avanzamos en la jerarquía perceptiva
en el SV, encontramos campos visuales más
grandes. Ej los campos receptivos de las células
en MT son casi 10 veces mas grandes que en
V1-Esto podría hacer pensar en una pérdida de
detalle de la información, pero veremos más
adelante como tiene su razón de ser (El problema
de la Apertura)
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• Y por último....

Via DORSAL DONDE? La información de dónde
están los objetos. Área V5/MT- movimiento. Via
VENTRAL QUÉ? La información de reconocimiento
de los objetos. Area Inferotemporal. Área V4
color y forma
LA VIA del DONDE Desde la retina periférica a
través de la via magno hasta el cortex parietal
posterior. LA VIA del QUÉ Desde la fóvea a
través de la via parvo hasta el cortex temporal
inferior. El Area MT es tradicionalmente ubicada
en la via del DONDE dado que sus inputs son
básicamente magno y tiene una pobre sensibilidad
al color y a la forma. Sin embargo, tb puede
considerarse una tercera via (EL CUANDO) dado que
hace enfásisi en la información temporal y envía
información a ambas vias.
Cuando?
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Qué tipo de célula sería capaz de detectar
movimiento?Reichardt Detectors
DETECTOR REICHARDT Un mecanismo plausible Este
tipo de estructuras es sensible al movimiento en
una sola dirección. Algunas aves tienen
implementado este mecanismo a nivel de la retina.
En el caso de los humanos, encontramos
estructuras similares a esta en V1, aunque con un
problema computacional EL PROBLEMA DE LA
APERTURA.(ver más adelante)
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Qué es en definitiva el movimiento?
El movimiento no es más que un cambio de posición
en el tiempo. Por tanto, se requiere integración
espacio temporal para su percepción.
Cómo se realiza esta integración?
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Cómo percibimos el movimiento?
Para guiarnos en el entorno el Sistema Visual
construye la percepción de movimiento global a
partir de la integración de múltiples
informaciones locales.
Según Nakayama (1985), el movimiento es una
dimensión fundamental de la visión y no
representa un proceso cognitivo, sino que es una
dimensión sensorial primaria irreducible.
Evidencias empíricas
Nakayama, K. (1985). Biological image motion
processing a review. Vision Research, 25,
625-660.
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Movimiento Aparente
Experiencia de movimiento inducida por
estimulación lumínica con determinados parámetros
espaciales y temporales
El primer experimento que abordó dicha cuestión
fue llevado a cabo por Exner (1888), quién
demostró que los observadores humanos somos
capaces de percibir movimiento a partir de dos
chispazos separados en el espacio y el tiempo.
Cuando la separación espacial y temporal es
óptima (en torno a los 60 milisegundos), se
percibe movimiento aparente puro o movimiento
phi
x1
x2
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Post-efectos de movimiento
Experiencia no-verídica de movimiento que sigue a
una exposición prolongada a movimiento físico
CONCLUSIÓN El sistema está capacitado para
codificar directamente el movimiento, sin pasar
previamente por el cómputo de la distancia, lo
que posibilita la ejecución de ciertas tareas en
los tiempos adecuados para garantizar nuestra
supervivencia.
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Cómo se computa el movimiento?
Procesamiento Temprano de la Información
MODELOS ESPACIO-TEMPORALES El sistema visual
recupera la información de movimiento a partir de
la variación de la imagen en el gradiente
temporal. El movimiento es orientación en el
plano espacio-temporal (Watson y Ahumada, 1985).
Entradas del S.V imágenes 2D
Todo movimiento se traduce en una secuencia de
imágenes 2D a lo largo del tiempo (todo
movimiento es aparente)
Se pasa de una representación bidimensional de
las imágenes (x,y) a una tridimensional (x, y, z)
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En esta representación tridimensional, el
movimiento queda determinado por la orientación
y, específicamente, por la orientación en el
plano (x,t) al cual denominaremos
espacio-temporal.
El movimiento es orientación en el dominio
espacio temporal
A mayor velocidad, mayor inclinación del trazo en
el plano espacio temporal
Estos modelos consideran a la imagen espacio
temporal como la entrada fundamental del sistema
visual (Bruce et al., 1996). Y proponen que el
S.V recuperará la información sobre movimiento a
partir de la imagen espacio temporal.
Campo receptivo espacio temporal (Adelson y
Bergen, 1985)
Se comprueba la plausibilidad fisiológica de esta
idea. Varios trabajos señalan la existencia de
neuronas corticales con campos receptivos con
orientación espacio-temporal (Hamilton, Albrecht
y Geisler, 1989 McLean y Palmer, 1989)
Desde esta concepción, el detectar la velocidad
del movimiento queda reducido al análisis de la
orientación en el plano (x, t). Sin embargo...
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En las etapas iniciales del procesamiento de la
información de movimiento, el SV se enfrenta a un
problema que determina que la recuperación de la
velocidad de una imagen en movimiento no sea una
tarea simple para el sistema visual.
El problema de la Apertura
Descrito por primera vez por P. Stumpf en 1911
En qué dirección se mueven las líneas?
El sistema visual extrae la información de
movimiento local a través de los campos
receptivos de las neuronas de V1. Estos
detectores sólo señalarán el movimiento en la
dirección perpendicular al contorno. Por tanto,
diferentes movimientos físicos resultan
indistinguibles.
Debido al problema de la apertura se introducen
variaciones en la medida de las propiedades más
básicas del movimiento (p.e. la velocidad)
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La ilusión de Barber-Pole
El Problema de la Apertura es el responsable del
conocido efecto del barbero o Barber-Pole
Illusion.
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La señal en V1 informa sobre uno solo de los
componentes del vector velocidad
Vector que codifica el detector de movimiento
Sin embargo...
El propósito del sistema visual no es el de
computar movimiento local, sino el de crear una
representación útil para manejarnos en el
entorno. Por lo que tiene que computar el
movimiento global. Se necesita de una segunda
etapa de procesamiento de la información.
ÁREA MT
Campos receptivos mucho más grandes
Se combinan e integran las señales locales de
movimiento para computar el movimiento global.
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Esta combinación de señales puede hacerse de
diversas maneras...

• Intersección de restricciones (IOC)
• Seguimiento de burbujas

• El promedio de vectores

Hipótesis del promedio ponderado (Castet,
Lorenceau, Shiffrar y Bonnet 1993) La velocidad
percibida resulta de una media ponderada entre
las señales locales (VL) y las señales que
provienen de los terminadores (VT) que indican el
movimiento global.
terminador
Señal Global VT
Siendo a b 1
Señal Local VL
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La información proveniente de los terminadores
resulta esencial para el cómputo de la velocidad
El peso de los terminadores en la percepción del
movimiento puede verse claramente a través de la
siguiente ilusión
La ilusión de Barber-Pole En qué dirección se
mueven las líneas?
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Entonces...Percibimos más rápido una línea
vertical que líneas inclinadas?
Cómo vería un detector el movimiento de una
línea horizontal?
EXPERIMENTO mediante tareas de estimación de la
velocidad
Se presentaban dos estímulos secuencial mente y
los sujetos tenían que indicar mediante dos
botones de una caja de respuestas si el estímulo
que se le mostraba primero, era más rápido que el
segundo o no.
Estímulos
0º
22.5º
45º
67.5º
90º
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Podemos evaluar el cambio en la velocidad
percibida producido por las diferentes
orientaciones del estímulo?
Experimento que presenta tareas de estimación de
la velocidad
Se presentaban dos estímulos secuencial mente y
los sujetos tenían que indicar mediante dos
botones de una caja de respuestas si el estímulo
que se le mostraba primero, era más rápido que el
segundo o no.
Estímulos
0º
22.5º
45º
67.5º
90º
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Características de un experimento para medir la
velocidad percibida
SUJETOS 3 sujetos entrenados con visión normal
sin corregir Sujeto A de 29 años
Sujeto J de 35 años Sujeto P de 25 años

• PROCEDIMIENTO
• EF2A con el método de los estímulos constantes
  con bloques puros por cada orientación.
• 2 condiciones experimentales velocidad baja
  2º/seg. (condición experimental 1) velocidad
  alta 16º/seg. (condición experimental 2)
• 5 orientaciones ? 7 velocidades del estímulo de
  comparación ? 80 repeticiones 2800 ensayos para
  cada condición experimental por sujeto.

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Resultados
Se obtienen las funciones psicofísicas para cada
sujeto y por cada orientación, graficando el
porcentaje de respuestas más rápido que en
función de la velocidad física del estímulo de
comparación.
El PIS (punto de igualación subjetiva) aumenta
con la orientación para la condición de velocidad
baja mientras que para la condición de velocidad
alta el efecto no aparece.
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Resultados
1 ambos se perciben con igual velocidad. ?1
el estándar se percibe más lento que el de
comparación. lt1 el estándar se percibe más
rápido que el de comparación. (las cruces se
perciben más lentas que la línea vertical)
Velocidad Relativa
magnitud del efecto
Se comprueba el efecto de la orientación sobre la
velocidad percibida para la condición de
velocidad baja 2º/segundo.
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Se puede estudiar la velocidad percibida a
través de una metodología basada en el análisis
de los TR a la detección del inicio del
movimiento?
SUJETOS 4 sujetos entrenados Sujeto P (25)
Sujeto A (29) Sujeto J (35) y Sujeto S (59)

• PROCEDIMIENTO
• Estímulos constantes con bloques mezclados por
  cada 25 presentaciones del estímulo
• 5 velocidades 1 2 4 8 y 16º/seg. Y 5
  orientaciones 0 22.5 45 67.5 y 90º
• ? 100 repeticiones 2500 ensayos por sujeto.

Relación entre el TR y la velocidad El TR al
inicio del movimiento decrece con la velocidad
física describiendo una función de Piéron (1914)
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Resultados
El efecto de la orientación sobre el TR El
análisis visual de los resultados revela un
incremento medio de los TR a medida que las
líneas componentes del estímulo se aproximan a la
horizontal.
27
El efecto de Flash-Lag
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El efecto de Flash-Lag
Otra simulación
29
El efecto de Flash-Lag
Lentos

• X

30
Lentos paso a paso lo que verdaderamente sucede

• X

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Rápidos

• X

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Rápidos paso a paso lo que verdaderamente sucede

• X

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Posibles hipótesis explicativas del Flash-Lag
Motion Extrapolation (Nijhawan, 1994) El SV
extrapola la trayectoria de los objetos en
movimiento a fin de evitar el necesario delay
del procesamiento de la informacion.
Latency Differences (Whitney y Murakami) El SV
procesa más rápidamente la información
proveniente de los objetos en movimiento que de
los objetos estáticos.
Post-Diction (Eagleman) Lo que sucede en la
conciencia es producto de lo que ocurre 80ms
después de la ocurrencia real de los hechos. En
el caso del FLASH_LAG el flash resetea el
proceso de integración de movimiento.
Temporal Averaging (Krekelberg and Lappe) ?
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Importa lo que sucede antes o lo que sucede
después del flash? Pre-diction vs Post-diction
V
V
V
Physical events
Tx
T-x
T
?
Perception
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Cuando el objeto en movimiento entra en el campo
receptivo de una neurona, las neuronas contiguas
se pre-activan (Berry 1999). Por tanto, el
entorno neuronal futuro del objeto se ve
potenciado y, por consiguiente, la extrapolación
en dichas zonas debería verse facilitada

• Objeto en movimiento V1 (conexiones
  horizontales)

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Hipótesis

• Si el movimiento pre-activa las neuronas de la
  posición futura, entonces
• Potenciando posiciones avanzadas del objeto en
  movimiento, el efecto Flash-Lag será mayor.

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Cómo podríamos potenciar posiciones avanzadas
de un objeto en movimiento?
Con otro objeto en movimiento que en algunos
ensayos se mueve en dirección hacia la posición
siguiente que tendrá el aro después del
movimiento y en otros permanece quieto en su
posición inicial.

• X

Medimos la magnitud del FLE con y sin la
presencia del segundo objeto 2 condiciones
experimentales
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Cómo medimos la magnitud del FLE?

• Mediante la utilización del método psicofísico de
  los estímulos constantes
• METODO
• 6 sujetos entrenados.
• - 2 condiciones experimentales con movimiento en
  el segundo objeto y sin movimiento
• 7 niveles de adelantamiento físico de la línea
  con respecto al centro del aro.
• 20 ensayos por nivel de adelantamiento y
  condición
• TOTAL 280 ensayos por sujeto.
• Se grafica la Probabilidad de respuestas
  adelantado con respecto al nivel de
  adelantamiento físico de la línea (flash).

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Nuestros primeros resultados
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Control 1 Y si la pre-activación la produce
la presencia del segundo objeto estático en la
posición final y a posteriori?
En algunos ensayos (cond. 2) presentamos el
segundo objeto estático en la posición final

• X

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Control 2 Y si la pre-activación la produce
cualquier tipo de movimiento?
En algunos ensayos presentamos el segundo objeto
moviéndohacia abajo.

• X

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En definitivaPretendemos caracterizar el
espacio de pre-activación que produce el
movimiento.
Experimento 2 Variamos la coordenada x y la
coordenada y del segundo objeto.

• Otras ideas en esta línea.
• Cual es el efecto del movimiento aparente?

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Como se puede intuir con lo hasta aquí planteado,
la ilusión FLASH-LAG constituye un desafío a
nuestra capacidad para entender cómo nuestro
cerebro procesa la información sobre TIEMPO y
ESPACIO.
La pregunta por la percepción de la localización
de los objetos en el espacio no puede separarse
de la percepción del tiempo. Como seguramente
tampoco pueda analizarse separadamente de otras
modalidades sensoriales como muestran viejos
efectos
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Ahora bien La ilusión de FLASH-LAG es espacial
o temporal? Desde la perspectiva del cómputo del
movimiento
45
0
1
15
14
2
13
3
12
4
11
5
10
6
7
9
8
Observen con cuidado En qué momento (número
del reloj) aparece el flash azul?
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0
1
15
14
2
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3
12
4
11
5
10
6
7
9
8
Veamos con detenimiento en qué momento REALMENTE
APARECE el flash azul?
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En definitiva

• Aún tenemos que explorar si la ilusión implica
  una distorsión en los tiempos de la percepción
  del flash, en la localización del objeto en
  movimiento o en la localización del flash.
• O-como seguramente ocurre- en varias de estas
  cosas simultaneamente.

Otras ideas en esta línea. El TR a la simple
aparición de un flash (linea roja) es el mismo
que cuando además del flash hay un movimiento en
la escena?