Percezione temporale Teoria modulare binding problem e asincronie

Percezione temporale Teoria modulare, binding problem e asincronie temporali Facoltà di Psicologia Università degli Studi di Firenze Aprile 2006 Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Più della metà della nostra corteccia celebrale è deputata all’analisi degli stimoli visivi Sono state scoperte più di 30 diverse aree deputate alla visione che sono fra loro interconnesse sia in verticale che in parallelo Domanda (ovvia): a cosa ci servono? Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? L’approccio classico (Zeki, Livingstone and Hubel) propone l’idea di una corteccia visiva primaria V 1 che separa l’informazione di differenti FEATURES dello stimolo (posizione, colore, movimento ecc…) e la trasferisce ad aree corticali diverse specializzate per la loro analisi Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Questa idea basata principalmente sul lavoro di David Marr “Principles of a modula design” è stata ampiamente confermata da studi di fisiologia, psicologia, neurologia e più recentemente da indagini di imaging Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Nonostante il largo consenso che questa proposta ha raccolto negli anni, va notato che sono state sviluppate anche proposte alternative come per esempio quella interessantissima di Lennie (1998). Lennie suggerisce che differenti attributi ( o dimensioni dello stimolo) non siano sparpagliate ad aree neurali diverse ma rimangano intimamente connesse a tutti i livelli di analisi Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Quello che ogni aree farebbe è recuperare informazioni percettivamente interessanti sull’immagine con il fine di produrre una decisione sull’immagine stessa non solo su un suo attributo! La “coscienza” avrebbe poi accesso alle decisioni percettive effettuate a qualunque livello bypassando così la struttura gerarchica del sistema Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Sebbene Lennie sia il primo a dire che la sua proposta necessita di essere sviluppata oltre con il vaglio di prove sperimentali rigorose e incontrovertibili ci sono alcuni aspetti da notare che fanno capire come questa idea non vada sottovalutata o addirittura snobbata troppo Primo, V 1 occupa il 20% di tutta la corteccia visiva nonché il 40% della corteccia deputata alle aree visive…possibile che V 1 allora serva solo da “centro di smistamento” dei segnali provenienti dal talamo? Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Lennie pensa che ogni neurone di V 1 (che analizza segnali di una determinata regione spaziale) risponda invece in maniera peculiare a tutti le dimensioni dell’immagine occupando così una piccola regione nello spazio multidimensionale dell’immagine! Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Un punto a favore della teoria di Lennie è senza altro il fatto che in molte situazione la corretta analisi di un attributo dello stimolo dipende in maniera critica da quella di un altro attributo Es della percezione del moto di un una persona visto attraverso della barre occludenti. Il sistema integra l’informazione percettiva nascosta dalle asticelle occludenti e quel che viene visto è infatti una figura completa. Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Questo fenomeno di difficile comprensione può essere facilmente spiegato se si accetta l’esistenza di neuroni spazio temporalmente selettivi (Burr, Ross 1986) che estraggano non solo le informazioni di velocità ma anche quelle di forma dallo stimolo suddetto! Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Lennie è poi pronto ad ammettere che le prove più convincenti a favore della teoria modulare siano i deficit cognitivi “feature-specifici” (come ad esempio la acromatopsia dovuta a lesioni focali corticali) ampiamente presentati in tutti i manuali di scienze cognitive ma si possono avanzare anche spiegazioni alternative per questi fenomeni Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Come possiamo infatti noi sapere se una persona con deficit nella percezione dei colori non vede davvero i colori o ha solo maturato problematiche nel processo di “labelingnaming”? Da notare per esempio che anche soggetti con acromatopsia riescono a sfruttare le informazioni in molti modi diversi come per esempio la percezione di moto estrapolabile solo attraverso il contrasto cromatico!!! Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Se ricordate poi (e dovreste farlo!!!), la teoria modulare nella sua forma più “forte” da anche vita ad un altro problema molto complesso: The binding problem Percezione Temporale 2006

The binding problem in vision: • If features as colour, luminance or orientation are processed separately by the brain at early stages, how does the brain subsequently match correctly in time all of them? • When and where this binding process occurs? Percezione Temporale 2006

Holcombe and Cavanagh provided an important contribution about this intriguing problem: Early binding of feature pairs for visual perception. Nature Neuroscience 2001 Feb; 4(2): 127 -8. Percezione Temporale 2006

The experiment of Holcombe and Cavanagh: Features: Colour and Orientation • Spatially Superimposed Condition –Alternation between a red patch tilted leftward or rightward and a green one tilted on the opposite direction (semicircular windowed gratings with a sinusoidal 45° tilt). • Spatially Separated Condition –Colour presented as an uniform patch of saturated red or green and the orientation was presented as an adjacent achromatic patch of tilted bars. Task: Which color is paired with leftward or rightward tilt? DEMOS Percezione Temporale 2006

Holcombe and Cavanagh results: N. B: In spatially superimposed conditions, the thresholds are nearly TEN times better!!! Percezione Temporale 2006

Holcombe and Cavanagh conclusions: • The high pairing rates in spatially superimposed condition suggest: “. . . that some features may be assessed in combination from early levels. In this case there is no binding problem. ” “Once brigth and dark stimuli are represented in separate channels so that they do not cancel, orientation analysis can proceed indipendently of the flicker”. • The relative slow pairing rates in spatially separated condition suggest: “ Judging the pairings of spatially separate features would require a combination of the responses of disparate neurons selected by a later, slower and attentive stages”. Percezione Temporale 2006

L’analisi del sistema visivo: modulare o no? Come abbiamo visto, la teoria di un design modulare del sistema visivo si presta a molteplici interpretazioni ed è connessa ad un ampia gamma di problematiche ma vi è ancora un aspetto che merita di essere vagliato, quello delle: Asincronie percettive Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Se per l’analisi di features diverse della scena visiva sono coinvolti moduli neurali ( e percettivi) diversi, e fra questi moduli esistessero delle differenze nella velocità di elaborazione delle informazioni quello che potremmo osservare sono delle asincronie fra la percezione cosciente dell’attributo A rispetto a quella dell’attributo B, C ecc… Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Beh questo fu proprio quello che due autori (Moutoussis e Zeky, 1997) dichiararono di aver scoperto attraverso una PROVA DIRETTA: A direct demonstration of perceptual asynchrony in vision K. MOUTOUSSIS and S. ZEKI* * Wellcome Department of Cognitiäe Neurologí, Uniäersití College London, London WC 1 E 6 BT, UK Proc R Soc Lond B Biol Sci 264: 393 -399 Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Il compito dei soggetti era di premere un tasto se il colore che percepivano associato al movimento verso l’alto era VERDE (e quindi gli stimoli erano rossi quando andavano verso il basso) o un diverso tasto se gli stimoli si muovevano verso l’alto quando erano colorati di ROSSO Ai soggetti veniva inoltre chiesto di valutare il grado di certezza della loro risposta su una scala di valori da 1 a 4 Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Situazione Reale Situazione Percepita Percezione Temporale 2006

Osservatore ideale Low frequency High frequency Due soggetti Different stimuli presentation Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Le rotazioni anti-orarie delle medie dei dati sono rispettivamente di 39. 1° per le basse frequenze temporali (0. 716 sec) e di 56. 5° nella condizione con alte frequenze temporali (0. 537 sec) che indicano una differenza temporale fra la percezione del colore (più rapida) e quella di movimento (più lenta) rispettivamente di 78 ms e 84 ms. Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Ciò porta i due Autori a concludere che le percezione del colore è più veloce di quella del movimento!!! Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive Situazione Reale Situazione Percepita Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive L’interpretazione dei risultati di Moutoussis e Zeki sembra anche confermata dai dati sulla valutazione della certezza dei giudizi Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive I risultati sono sorprendenti per varie ragioni: - A livello evolutivo è più ovvio pensare che il sistema che analizza il movimento si il più rapido possibile visto che ciò può salvarti la vita, vero gazzellina? - Livingstone e Huble avevano visto (utilizzando il metodo della frequenza massima di alternamento) che il sistema che analizza il movimento è più rapido di quello che si occupa del colore - A livello fisiologico è ben noto che l’M system ( che si occupa di movimento) è più rapido dell’P system (attraverso cui passano le informazioni sul colore) Percezione Temporale 2006

Le asincronie percettive I risultati sono sorprendenti per varie ragioni: Ma poi, se ogni modulo analizza le info con velocità diverse rispetto agli altri moduli come è possibile per un meccanismo di binding centrale ricostruire tutta la scena visiva così come noi la vediamo? Esiste un sincronizzatore centrale che si occupa di tutto questo? MOOOOOLTO IMPROBABILE!!! Percezione Temporale 2006