H4: 4.2 Van de retina naar de hersenen: bottom-up processen

Question 1

Van de retina naar de hersenen: bottom up processen

Answer 1

De kegeltjes en de stafjes in onze retina's sturen constant elektrische signalen naar de hersenen. Op basis van deze zenuwimpulsen berekenen de hersenen welke voorwerpen in de buitenwereld aanleiding gegeven hebben tot het ontvangen stimulatiepatroon. Het structureren van de receptorsignalen tot betekenisvolle voorwerpen gebeurt in 3 stappen:
1. een primaire schets
2. perceptuele organisatie
3. patroon- objectherkenning
(David Marr)

Question 2

De primaire schets

Answer 2

De proximale stimulus voor het zicht bestaat uit het vuren van de axonen in de twee oogzenuwen.
In eerste instanties worden deze sterk vereenvoudigd. Vooral de randen van de vormen zijn bel. Het visuele systeem is dus op zoek naar de plaatsen waar een abrupte overgang in helderheid is. Wiskundige algoritmes die dit ook kunnen moeten aan 3 voorwaarden voldoen:
- ze moeten kunnen bepalen welke helderheidsovergangen abrupt genoeg zijn om een grens te vormen
- randen en hun orientatie detecteren
- bel. helerheidsveranderingen onderscheiden van helderheidsveranderingen die door toevallige omstandigheden tot stand komen
Het eindresultaat van die 3 processen is de primaire schets.

Question 3

Perceptuele organisatie

Answer 3

Perceptuele organisatie = het proces waarbij de verschillende randen uit het retinale beeld gestructureerd worden in grotere gehelen die in een bepaalde relatie tot elkaar staan. ( Het systeem moet vaststellen welke randen bij lekaar horen als onderdeel van eezelfde voorwerp.)
De gestaltpsychologen onderscheiden twee bel. principes in de perceptuele organisatie:
perceptuele groepering en figuur-achtergrondcheiding.

Question 4

Perceptuele groepering

Answer 4

Perceptuele groepering verwijst naar de processen die ervoor zorgen dat elementen uit de primaire schets waargenomen worden als bij elkaar horend, als onderdeel van eenzelfde perceptuele ervaring.
Dit leidt tot een representatie v/d input die niet volledig 3-dimensionaal is. Deze representatie bevat vooral info. over de opp. die zichtbaar zijn voor de kijker: kijker-gericht/ viewer centered referentiekader ( het coordinatensysteem van de visuele stimulus wordt bepaald door de richting en de afstand tov. de ogen van de kijker) Bep. niet zichtbare delen van de voorwerpen worden aangevuld (op basis van de onderstaande principes 1 en 4) maar int algemeen bevat het beeld niet meer dan wat de kijker vanuit zijn gezichtshoek kan zien. (De voorwerpen hebben nog geen achterkant, verstopte delen zijn nog afwezig;benen achter een bureau bv.)

Enkele vb. van groeperingsprincipes:
1. gelijkheid: gelijksoortige stimuli hebben meer kans om in eenzelfde eenheid gegroepeerd te worden dan ongelijke stimuli
2. nabijheid: stimuli die dicht bij elkaar liggen worden vlugger in eenzelfde eenheid gezien dan stimuli die verder uit elkaar liggen
3. geslotenheid: stimuli die deel lijken uit te maken van eenzelfde voorwerp worden in dezelfde eenheid gestopt, zelfs als we daarvoor stukjes contour moeten aanvullen
4. goede voortzetting: stimuli die elkaar overvloeien, worden vaker gezien als behorend tot eenzelfde geheel dan stimuli die niet in elkaar overvloeien
5. vroegere ervaring: zodra men een stimulus op een bepaalde manier gegroepeerd heeft, blijft deze groepering beschikbaar voor de toekomst
6.
7.

Question 5

Figuur-achtergrondscheiding

Answer 5

De figuur in een beeld wordt gezien als een voorwerp dat dichter bij de kijker staat en begrensd wordt door een contour. De achtergrond wordt niet waargenomen als een voorwerp, maar als een ruimte die zich verderaf bevindt en achter de contour doorloopt.

Principes die de kans doen toenemen dat een stimulus als figuur gepercipieerd wordt:

1. omsingeling : wnr. een gebied in de visuele stimulus volledig omsingeld is door een ander stimulus dan heeft hij meer kans om gezien te worden als figuur, terwijl die omsingelend gebied eerder gezien zal worden als achtergrond
2. grotte : een klein gebied heeft meer kans om als figuur gezien te worden dan een groot gebied
3. symmetrie : symmetrische gebieden hebben meer kans om figuren te zijn
4. locatie : gebieden onder aan de figuur hebben meer kans om als achtergrond gepercipieerd te worden
5. textuur : gebieden met veel detail en een fijnkorrelige structuur worden vaker gepercipieerd als figuur
6. vorm : gebieden die smaller zijn bovenaan dan onderaan worden vlugger als figuur gezien
7. vertrouwdheid : gebieden die beantwoorden aan het silhouet van een bekend voorwerp hebben meer kans om als figuur gezien te worden

Question 6

Patroon- en objectherkenning

Answer 6

Om de ontbrekende elementen van de perceptuele organisatie aan te vullen moet een representatie gecreeerd worden die voorwerp-gericht is, een voorstelling die gedefineerd wordt in voorwerpcoordinaten onafhankelijk van de specifieke gezichtshoek van de kijker (nl. de distale stimulus). Deze representatie vereist de herkenning van het voorwerp in kwestie. Het perceptueel georganiseerde signaal moet omgezet worden naar objectherkenning; er moet een overgang plaatsvinden van een kijker-gericht beeld naar een voorwerp-gericht beeld.

Het herkennen van een object en het activeren van de bijhorende info. door het koppelen van het kijker-gerichte beeld aan een voorstelling in het geheugen heet patroonherkenning.

De twee principes van patroonherkenning:

1. template-matching : Een reeks van templates/sjablonen worden vergeleken met de figuur die tijdens de perceptuele organisatie geisoleerd werd.
   Dit kan enkel goed werken als het mogelijk is om de figuur te vervormen (bv. te draaien) zodat ze in de sjabloon past, anders zou men veel te veel templates voor maar een voorwerp nodig hebben.
   Bij een te grote afwijking wordt er naar een ander sjabloon gezocht: bv van sjabloon voor zijaanzicht gezicht wordt er overgeschakkeld op sjabloon vooraanzicht gezicht.
   Grootste beperkingen van templates zijn :
   - dat men soms maar een klein deel van de figuur ziet (doordat andere stimuli ervoor staan)
   -dat het uiterlijk van een voorwerp een grote variatie kan vertonen
2. Gelukkig is er een tweede principe van patroonherkenning: kenmerkenherkenning.
   Zo kunnen we nieuwe objecten herkennen zelfs al hebben we er nog geen template voor (bv. al de verschillende manieren van een bep letter schijven zouden allemaal een nieuwe, aparte template nodig hebben en zouden niet onmiddelijk herkend kunnen worden als we ons enkel op template-matching zouden baseren).
   Het visuele systeem kan objecten herkennen ook op basis van karakteristieke kenmerken.

De recognition by components theory (door Irving Biederman, geinspireerd op Marr - cilinders) stelt dat mensen objecten herkennen op basis van geons/basisvormen. Hoe meer geons zichtbaar, hoe sneller object herkend wordt.

Na patroon- en objectherkenning treedt er stimuluscategorisatie op; bij voorwerpherkenning worden de functies van het voorwerp ook geactiveerd waardoor het voorwerp kan waargenomen worden als lid van een categorie (bv. een fles behoort tot cat. containers met dorstlessende vloeistoffen)