Visuelle Wahrnehmung

Das Hauptproblem in der visuellen Wahrnehmung ist, dass das, was Menschen sehen, nicht einfach eine Übersetzung von Netzhautreizen ist (dh das Bild auf der Netzhaut). So haben Menschen, die sich für Wahrnehmung interessieren, lange Zeit Schwierigkeiten zu erklären, was visuelle Verarbeitung bewirkt, um das zu erzeugen, was tatsächlich gesehen wird.

Early studiesEdit

Es gab zwei große antike griechische Schulen, die eine primitive Erklärung dafür lieferten, wie Vision funktioniert.

Die erste war die „Emissionstheorie“ des Sehens, die besagt, dass das Sehen auftritt, wenn Strahlen von den Augen ausgehen und von visuellen Objekten abgefangen werden. Wenn ein Objekt direkt gesehen wurde, wurde es durch „Strahlen“ aus den Augen kommen und wieder auf das Objekt fallen., Ein gebrochenes Bild wurde jedoch auch durch „Strahlen“ gesehen, die aus den Augen kamen, durch die Luft gingen und nach der Brechung auf das sichtbare Objekt fielen, das infolge der Bewegung der Strahlen aus dem Auge gesichtet wurde. Diese Theorie wurde von Gelehrten befürwortet, die Anhänger von Euklids Optik und Ptolemäus Optik waren.

Die zweite Schule befürwortete den sogenannten „Intromissions“ – Ansatz, bei dem das Sehen von etwas ausgeht, das repräsentativ für das Objekt in die Augen gelangt., Mit seinen Hauptpropagatoren Aristoteles (De Sensu), Galen (De Usu Partium Corporis Humani) und ihren Anhängern scheint diese Theorie einen gewissen Kontakt zu modernen Theorien darüber zu haben, was Vision wirklich ist, aber es blieb nur eine Spekulation ohne experimentelle Grundlage. Jahrhundert führten Isaac Newton, John Locke und andere die Intromissionstheorie des Sehens vor, indem sie darauf bestanden, dass das Sehen einen Prozess beinhaltete, bei dem Strahlen—bestehend aus tatsächlicher körperlicher Materie—von gesehenen Objekten ausgingen und durch die Öffnung des Auges in den Geist/das Sensorium des Sehers eindrangen.,)

Beide Denkschulen stützten sich auf das Prinzip, dass “ Gleiches nur durch Gleiches bekannt ist „und somit auf die Vorstellung, dass das Auge aus einem“ inneren Feuer „bestand, das mit dem“ äußeren Feuer “ interagierte sichtbares Licht und machte das Sehen möglich. Platon macht diese Behauptung in seinem Dialog Timaeus (45b und 46b), ebenso wie Empedokles (wie von Aristoteles in seinem De Sensu, DK frag. B17).

Alhazen (965 – c. 1040) führte viele Untersuchungen und Experimente zur visuellen Wahrnehmung durch, erweiterte die Arbeit von Ptolemäus am binokularen Sehen und kommentierte die anatomischen Arbeiten von Galen. Er war die erste Person, die erklärte, dass das Sehen auftritt, wenn Licht auf ein Objekt springt und dann auf die Augen gerichtet ist.

Leonardo da Vinci (1452-1519) gilt als der erste, der die besonderen optischen Eigenschaften des Auges erkennt. Er schrieb: „Die Funktion des menschlichen Auges … wurde von einer großen Anzahl von Autoren in gewisser Weise beschrieben., Aber ich fand es ganz anders.“Seine wichtigste experimentelle Erkenntnis war, dass es nur eine deutliche und klare Sicht auf der Sichtlinie gibt—die optische Linie, die an der Fovea endet. Obwohl er diese Worte nicht wörtlich verwendete, ist er tatsächlich der Vater der modernen Unterscheidung zwischen Foveal und peripherem Sehen.,

Isaac Newton (1642-1726/27) war der erste, der durch Experimente entdeckte, indem er einzelne Farben des durch ein Prisma fließenden Lichtspektrums isolierte, dass die visuell wahrgenommene Farbe von Objekten aufgrund des Charakters des Lichts erschien die reflektierten Objekte, und dass diese geteilten Farben nicht in eine andere Farbe geändert werden konnten, was der wissenschaftlichen Erwartung des Tages widersprach.

Unbewusste Inferenzedit

Hermann von Helmholtz wird oft die erste moderne Studie der visuellen Wahrnehmung zugeschrieben., Helmholtz untersuchte das menschliche Auge und kam zu dem Schluss, dass es nicht in der Lage war, ein qualitativ hochwertiges Bild zu erzeugen. Unzureichende Informationen schienen das Sehen unmöglich zu machen. Er kam daher zu dem Schluss, dass Vision nur das Ergebnis einer Form von „unbewusster Schlussfolgerung“ sein könnte, die diesen Begriff 1867 prägte. Er schlug vor, dass das Gehirn Annahmen und Schlussfolgerungen aus unvollständigen Daten machte, basierend auf früheren Erfahrungen.

Inferenz erfordert vorherige Erfahrung der Welt.,

Beispiele für bekannte Annahmen, basierend auf visueller Erfahrung, sind:

• Licht kommt von oben
• Objekte werden normalerweise nicht von unten betrachtet
• Gesichter werden aufrecht gesehen (und erkannt).
• nähere Objekte können die Sicht auf weiter entfernte Objekte blockieren, aber nicht umgekehrt
• Figuren (dh Vordergrundobjekte) neigen dazu, konvexe Ränder zu haben

Die Untersuchung visueller Illusionen (Fälle, in denen der Inferenzprozess schief geht) hat viel Einblick in die Art von Annahmen des visuellen Systems gegeben.,

Eine andere Art der unbewussten Inferenzhypothese (basierend auf Wahrscheinlichkeiten) wurde kürzlich in sogenannten bayesischen Studien der visuellen Wahrnehmung wiederbelebt. Befürworter dieses Ansatzes sind der Ansicht, dass das visuelle System eine Form von Bayes-Inferenz durchführt, um eine Wahrnehmung aus sensorischen Daten abzuleiten. Es ist jedoch nicht klar, wie Befürworter dieser Ansicht im Prinzip die relevanten Wahrscheinlichkeiten ableiten, die für die bayesische Gleichung erforderlich sind., Modelle, die auf dieser Idee basieren, wurden verwendet, um verschiedene visuelle Wahrnehmungsfunktionen wie die Wahrnehmung von Bewegung, die Wahrnehmung von Tiefe und die Figur-Boden-Wahrnehmung zu beschreiben. Die „vollständig empirische Wahrnehmungstheorie“ ist ein verwandter und neuerer Ansatz, der die visuelle Wahrnehmung rationalisiert, ohne bayessche Formalismen explizit aufzurufen.

Gestalttheoreedit

Gestaltpsychologen, die hauptsächlich in den 1930er und 1940er Jahren arbeiteten, stellten viele der Forschungsfragen, die heute von Vision-Wissenschaftlern untersucht werden.,

Die Gestaltgesetze der Organisation haben die Untersuchung geleitet, wie Menschen visuelle Komponenten als organisierte Muster oder Wholes anstelle vieler verschiedener Teile wahrnehmen. „Gestalt“ ist ein deutsches Wort, das teilweise übersetzt „Konfiguration oder Muster“ zusammen mit „ganze oder emergente Struktur“. Nach dieser Theorie gibt es acht Hauptfaktoren, die bestimmen, wie das visuelle System Elemente automatisch in Muster gruppiert: Nähe, Ähnlichkeit, Schließung, Symmetrie, Gemeinsames Schicksal (d. H., gemeinsame Bewegung), Kontinuität sowie gute Gestalt (Muster, das regelmäßig, einfach und ordentlich ist) und vergangene Erfahrungen.

Analyse der Augenbewegungedit

In den 1960er Jahren erlaubte die technische Entwicklung die kontinuierliche Registrierung der Augenbewegung beim Lesen, bei der Bildbetrachtung und später bei der visuellen Problemlösung und wenn Headset-Kameras auch während der Fahrt verfügbar wurden.,

Das Bild rechts zeigt, was in den ersten zwei Sekunden der Sichtprüfung passieren kann. Während der Hintergrund unscharf ist und das periphere Sehen darstellt, geht die erste Augenbewegung zu den Stiefeln des Mannes (nur weil sie sich sehr nahe an der Startfixierung befinden und einen vernünftigen Kontrast haben).

Die folgenden Fixierungen springen von Angesicht zu Angesicht. Sie könnten sogar Vergleiche zwischen Gesichtern ermöglichen.

Daraus kann geschlossen werden, dass das Icon face ein sehr attraktives Suchsymbol im peripheren Sichtfeld ist., Die Foveal Vision fügt dem peripheren ersten Eindruck detaillierte Informationen hinzu.

Es kann auch festgestellt werden, dass es verschiedene Arten von Augenbewegungen gibt: fixierende Augenbewegungen (Akkaden, Augendrift und Tremor), Vergenzbewegungen, sakkadische Bewegungen und Verfolgungsbewegungen. Fixierungen sind vergleichsweise statische Punkte, an denen das Auge ruht. Das Auge ist jedoch nie ganz still, aber die Blickposition wird driften. Diese Drifts werden wiederum durch Mikrosaccaden korrigiert, sehr kleine fixierende Augenbewegungen., Vergence Bewegungen beinhalten die Zusammenarbeit beider Augen, um ein Bild auf den gleichen Bereich beider Netzhaut fallen zu lassen. Dies führt zu einem einzigen fokussierten Bild. Saccadic Bewegungen ist die Art der Augenbewegung, die Sprünge von einer Position in eine andere Position macht und wird verwendet, um schnell eine bestimmte Szene/Bild scannen. Schließlich ist diese Bewegung eine sanfte Augenbewegung und wird verwendet, um Objekten in Bewegung zu folgen.

Gesichts – und Objekterkennungedit

Es gibt erhebliche Beweise dafür, dass Gesichts-und Objekterkennung durch verschiedene Systeme erreicht werden., Zum Beispiel zeigen prosopagnostische Patienten Defizite in der Gesichts -, aber nicht in der Objektverarbeitung, während objektunabhängige Patienten (insbesondere Patient C. K.) Defizite in der Objektverarbeitung mit verschonter Gesichtsverarbeitung zeigen. Behaviorally, es hat sich gezeigt, dass die Gesichter, aber keine Objekte sind, unterliegen der inversion Auswirkungen, was an der Behauptung, dass die Gesichter sind „Besondere“. Ferner rekrutieren Gesichts-und Objektverarbeitung unterschiedliche neuronale Systeme., Insbesondere haben einige argumentiert, dass die scheinbare Spezialisierung des menschlichen Gehirns für die Gesichtsverarbeitung nicht die wahre Domänenspezifität widerspiegelt, sondern einen allgemeineren Prozess der Diskriminierung auf Expertenebene innerhalb einer bestimmten Stimulusklasse, obwohl diese letztere Behauptung Gegenstand erheblicher Debatten ist. Mit fMRI und Elektrophysiologie beschrieben Doris Tsao und Kollegen Hirnregionen und einen Mechanismus zur Gesichtserkennung bei Makaken.

Der inferotemporale Kortex spielt eine Schlüsselrolle bei der Erkennung und Differenzierung verschiedener Objekte., Eine Studie des MIT zeigt, dass Teilbereiche des IT-Kortex für verschiedene Objekte verantwortlich sind. Durch selektives Abschalten der neuronalen Aktivität vieler kleiner Bereiche des Kortex kann das Tier abwechselnd nicht zwischen bestimmten Paarungen von Objekten unterscheiden. Dies zeigt, dass der IT-Cortex in Regionen unterteilt ist, die auf verschiedene und bestimmte visuelle Merkmale reagieren. In ähnlicher Weise sind bestimmte bestimmte Patches und Regionen des Kortex stärker in die Gesichtserkennung involviert als andere Objekterkennung.,

Einige Studien neigen dazu zu zeigen, dass anstelle des einheitlichen globalen Bildes einige besondere Merkmale und Interessensbereiche der Objekte Schlüsselelemente sind, wenn das Gehirn ein Objekt im Bild erkennen muss. Auf diese Weise ist das menschliche Sehen anfällig für kleine bestimmte Änderungen am Bild, wie z. B. das Stören der Kanten des Objekts, das Ändern der Textur oder eine kleine Änderung in einem entscheidenden Bereich des Bildes.,

Studien von Menschen, deren Sehvermögen nach langer Blindheit wiederhergestellt wurde, zeigen, dass sie Objekte und Gesichter nicht unbedingt erkennen können (im Gegensatz zu Farbe, Bewegung und einfachen geometrischen Formen). Einige vermuten, dass Blindheit in der Kindheit verhindert, dass sich ein Teil des visuellen Systems, das für diese übergeordneten Aufgaben erforderlich ist, richtig entwickelt. Die allgemeine Überzeugung, dass eine kritische Phase bis zum Alter von 5 oder 6 Jahren anhält, wurde durch eine Studie aus dem Jahr 2007 in Frage gestellt, in der festgestellt wurde, dass ältere Patienten diese Fähigkeiten mit jahrelanger Exposition verbessern können.