La visione spaziale (3)

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1 La visione spaziale (3) Corso di Principi e Modelli della Percezione Prof. Giuseppe Boccignone Dipartimento di Scienze dell Informazione Università di Milano boccignone@dsi.unimi.it Visione spaziale: //il nucleo genicolato laterale (NGL) occhio chiasma ottico nervo ottico collicolo superiore nucleo genicolato laterale corteccia striata

2 Visione spaziale: //il nucleo genicolato laterale (NGL) Due nuclei genicolati laterali (NGL): Gli assoni delle cellule gangliari retiniche fanno sinapsi con queste strutture Un relè fra retina e corteccia visiva Visione spaziale: //il nucleo genicolato laterale (NGL) Due nuclei genicolati laterali (NGL): Gli assoni delle cellule gangliari retiniche fanno sinapsi con queste strutture Un relè fra retina e corteccia visiva Struttura a strati

3 Visione spaziale: //il nucleo genicolato laterale (NGL) La disposizione topografica dei campi recettivi delle cellule gangliari è riprodotta nel NGL Ogni strato possiede una mappa completa dell emiretina. controlaterale (parte opposta) emiretina ipsilaterale (stessa parte) Rappresentazione topografica Il nucleo genicolato laterale (NGL) //cellule magno e parvo

4 Il nucleo genicolato laterale (NGL) //cellule magno e parvo Il nucleo genicolato laterale (NGL) //cellule magno e parvo Classe M (cellule A o P!) 10% -non sono selettive per le lunghezze d onda -sono selettive per le basse frequenze spaziali -hanno una risposta transiente (fasica) -hanno una maggiore velocità di conduzione -campo dendritico largo Classe P (cellule B o P") 90% -sono selettive per le lunghezze d onda -sono selettive per le alte frequenze spaziali (dettagli) -hanno una risposta lenta e sostenuta (tonica) -campo dendritico più stretto Strati magnocellulari del NGL Strati parvocellulari del NGL Analisi di movimento Analisi di forme e colore

5 Il nucleo genicolato laterale (NGL) //selettività alle frequenze spaziali Ampiezza della risposta Cellule del Nucleo Genicolato Laterale Frequenza spaziale (cicli x grado) Il nucleo genicolato laterale (NGL) //selettività alle frequenze spaziali

6 Visione spaziale: //la corteccia striata David Hubel e Torsten Wiesel occhio chiasma ottico nervo ottico collicolo superiore nucleo genicolato laterale corteccia striata Visione spaziale: //la corteccia striata Anche conosciuta come corteccia visiva primaria o V1 Le maggiori trasformazioni dell informazioni visiva hanno luogo nella corteccia striata Contiene circa 200 MILIONI di cellule

7 Visione spaziale: //la corteccia striata: selezione informazione Via magnocellulare: localizzazione e movimento (dove) Vie parvicellulare- blob: percezione dei colori e parvicellulare-interblob: analisi delle forme (cosa) Vie binoculari tridimensionalità dell oggetto Visione spaziale: //la corteccia striata: selezione informazione

8 Visione spaziale: //la corteccia striata: mappatura topografica Visione spaziale: //la corteccia striata: mappatura topografica

9 Visione spaziale: //la corteccia striata: mappatura topografica L acuità visiva decresce in maniera sistematica con il grado di eccentricità //campi recettivi: orientamento Risposta selettiva all orientamento: Tendenza dei neuroni nella corteccia striata a rispondere in maniera ottimale a certi orientamenti e con meno vigore ad altri

10 //campi recettivi: orientamento //campi recettivi: rilevamento di features Molte cellule corticali rispondo preferentemente a: Cellule semplici Linee in movimento Barre Contorni Reticoli Direzioni di spostamento Rilevatori di bordi (Edge detector) Rilevatori di strisce (Stripe detector)

11 //campi recettivi: rilevamento di features Cellule semplici vs. cellule complesse //campi recettivi: rilevamento di features Cellule con margini di arresto: Queste cellule della corteccia striata aumentano il proprio ritmo di scarica se uno stimolo barra è ingrandito fino a coprire completamente il loro campo recettivo ma diminuiscono la loro attività se lo stimolo diviene ancora più grande

12 //campi recettivi: rilevamento di features Come possono i campi recettivi circolari del Nucleo Genicolato Laterale trasformarsi nei campi recettivi allungati della corteccia striata? Hubel e Wiesel proposero una spiegazione a questa domanda davvero molto semplice NGL Cellule gangliari Corteccia striata //campi recettivi: dominanza oculare Ogni cellula in LGN: risponde o ad un occhio o all altro mai ad entrambi, Ogni cellula della corteccia striata: può rispondere sia ad inputs da un occhio che a quelli dell altro occhio Dominanza oculare: proprietà dei neuroni della corteccia striata la risposta è più rapida quando lo stimolo è presentato a un occhio piuttosto che all altro

13 //campi recettivi: colonne e ipercolonne Colonna: Un arrangiamento verticale di neuroni Hubel and Wiesel: Trovarono un sistematico progressivo cambiamento nell orientamento preferito; tutti gli orientamenti erano compresi in una distanza di circa 0.5 mm Ipercolonna: Un blocco di 1-mm di corteccia striata che contiene tutti i meccanismi necessari per le analisi che la corteccia striata viene chiamata ad eseguire, in una determinata e minuscola parte del campo visivo (Hubel, 1982) IperColo Colonna nna //campi recettivi: colonne e ipercolonne

14 //campi recettivi: colonne e ipercolonne Arrangiamento regolare di CO blobs in colonne (scoperto utilizzando il cytochrome oxidase come enzima colorante) Selettività all orientamento

15 //adattamento selettivo La diminuizione della risposta di un organo di senso ad una stimolazione continuata Prima dell esposizione allo stimolo (striscia di 20 ) //adattamento selettivo La diminuizione della risposta di un organo di senso ad una stimolazione continuata Dopo l esposizione allo stimolo (striscia di 20 )

16 //adattamento selettivo: tilt after effect Post-immagine di orientamento (Tilt aftereffect): Illusione percettiva riguardante l orientamento di uno stimolo che scaturisce dall essersi adattati precedentemente ad un certo orientamento Tale illusione supporta l idea che il sistema visivo umano comprende singoli neuroni selettivi per orientamenti diversi //adattamento selettivo:demo

17 //adattamento selettivo:demo //adattamento selettivo:demo

18 //adattamento selettivo: specificità freq.spaziale Adattamento selettivo: E un indizio a favore del fatto che il sistema visivo umano contenga neuroni selettivi per la frequenza spaziale

19 //adattamento selettivo: specificità freq.spaziale Adattamento selettivo: E un indizio a favore del fatto che il sistema visivo umano contenga neuroni selettivi per la frequenza spaziale perdita di sensibilità al contrasto elevazione della soglia di contrasto //adattamento selettivo: specificità freq.spaziale Gli esperimenti sull adattamento producono prove molto robuste che l orientamento e la frequenza spaziale sono codificati dai neuroni in qualche posto del sistema percettivo umano Gatti e scimmie: Corteccia striata, non nella retina o nel Nucleo Genicolato Laterale La percezione degli umani risulta essere simile a quella di gatti e scimmie per quanto riguarda l adattamento selettivo

20 //decomposizione dell informazione Canali distinti per frequenze spaziali distinte Perché il sistema visivo dovrebbe usare filtri basati sulle frequenze spaziali per analizzare le immagini? Frequenze spaziali diverse enfatizzano tipi diversi di informazione //decomposizione dell informazione: Gabor Possiamo modellare le cellule semplici della corteccia mediante filtri di Gabor Funzione sinusoidale Funzione Gaussiana Filtro di Gabor

21 //decomposizione dell informazione: Gabor Una possibile forma è la seguente Funzione sinusoidale Funzione Gaussiana Filtro di Gabor Parte reale Parte immaginaria //decomposizione dell informazione: Gabor Una possibile forma è la seguente Funzione sinusoidale Funzione Gaussiana aspect ratio) Filtro di Gabor offset di fase Parte reale orientazione lunghezza d!onda

22 //decomposizione dell informazione: Gabor aspect ratio) offset di fase Parte reale orientazione lunghezza d!onda orientazione 0 phase offset 0 aspect ratio 0.5 banda 1 lunghezza d!onda lambda 10, phase offset 0, aspect ratio 0.5, banda 1 orientazione //decomposizione dell informazione: Gabor aspect ratio) offset di fase Parte reale orientazione lunghezza d!onda orientazione 0 lambda 10 aspect ratio 0.5 banda 1 offset di fase aspect ratio lambda 10, phase offset 0, orientazione 0, banda 1 (fattore di forma) 0,5 1

23 //decomposizione dell informazione: Gabor aspect ratio) offset di fase Parte reale orientazione lunghezza d!onda ampiezza di banda lambda 10, phase offset 0, orientazione 0, banda 1 (bandwith) 0,5 1 2 //decomposizione dell informazione: Gabor aspect ratio) offset di fase Parte reale orientazione lunghezza d!onda

24 //decomposizione dell informazione: Gabor lunghezza d!onda orientazione 0 phase offset 0 aspect ratio 0.5 banda 1 X X X //decomposizione dell informazione: Gabor orientazione lambda 10, phase offset 0, aspect ratio 0.5, banda X X X

25 //decomposizione dell informazione: Gabor aspect ratio (fattore di forma) lambda 10, phase offset 0, orientazione 0, banda 1 0,5 1 X X //decomposizione dell informazione: Gabor ampiezza di banda (bandwith) 0,5 1 2 lambda 10, phase offset 0, orientazione 0, aspect ratio 0.5 X X X

26 Visione spaziale: //la corteccia striata: selezione informazione Visione spaziale: //la corteccia striata: selezione informazione multirisoluzione contrasto (center surround)

27 Visione spaziale: //la corteccia striata: selezione informazione multirisoluzione orientazione contrasto (center surround) Visione spaziale: //la corteccia striata: selezione informazione

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