Inhalt und Überblick. Visuelle Kognition WS 2001/2002 Adrian Schwaninger. Visuelle Kognition. Einleitung

Transkript

1 WS 2001/2002 Adrian Schwaninger Visuelle Aufmerksamkeit Visual Search: Distributed, parallel, pop-out Inhalt und Überblick Einleitung Repräsentation, Erkennung, Kategorisierung Traditioneller Ansatz Strukturelle Beschreibungen Ansichtenbasierte Modelle Diskussion Gesichterwahrnehmung Befunde aus den Neurowissenschaften Primäre visuelle Verarbeitung Höhere visuelle Verarbeitung Bottom-up und top-down Prozesse Visuelle Aufmerksamkeit Integration und Zusammenfassung WS 01/02 A. Schwaninger 10.1 (Nach Gazzaniga et al., 1998) WS 01/02 A. Schwaninger 10.2

2 Visuelle Aufmerksamkeit Pop-out --> Visual Primitives, Feature Maps? Visuelle Aufmerksamkeit Feature Maps? Orientierung und Farbe in V1 Orientation Color Simple Cell Nach Hubel & Wiesel, 1962 Shape Size (Aus Treisman, 1993) WS 01/02 A. Schwaninger 10.3 (Aus Gazzaniga et al., 1998) WS 01/02 A. Schwaninger 10.4

3 Visuelle Aufmerksamkeit Feature Maps? Raumfrequenz in V1 Visuelle Aufmerksamkeit Feature Maps? Modulare Organisation in TE Modelle von Orientierungs- und Raumfrequenzspezifität in Hyperkolumnen von V1 (Aus Zigmond et al., 1999) (Aus Palmer, 1999 nach DeValois & DeValois, 1988) WS 01/02 A. Schwaninger 10.5 (Aus Tanaka, 1996) WS 01/02 A. Schwaninger 10.6

4 Physiologische Strukturen Colliculus Superior (Aus Wurtz et al., 1980) (Nach van Essen et al., 1994) (Nach Wurtz et al., 1980) WS 01/02 A. Schwaninger 10.7 (Aus Bary et al., 1995) WS 01/02 A. Schwaninger 10.8

5 Aufmerksamkeit Experimentelle Psychologie Historische Einleitung Helmholtz (1894) Primärer visueller Cortex V1 Attentional Spot Light Stimulus Fixation Fixation Stimulus (Aus Gazzaniga et al., 1998) Aufmerksamkeit als örtliche Selektion unabhängig von der Bedeutung. WS 01/02 A. Schwaninger 10.9 (Nach Mangun et al., 1993) WS 01/02 A. Schwaninger 10.10

6 Primärer visueller Cortex V1 Primärer visueller Cortex V1 Spotlight in V1 Cued Segment Stimulus (Aus Brefczynski & DeYoe, 1999) WS 01/02 A. Schwaninger (Aus Brefczynski & DeYoe, 1999) WS 01/02 A. Schwaninger 10.12

7 Modell von Ohlshausen und van Essen Kompetition in V4 Memory Representation Dynamic Routing Striate Cortex (V1) Memory Representation Dynamic Routing Striate Cortex (V1) (Nach van Essen et al., 1994) WS 01/02 A. Schwaninger (Aus Moran & Desimone, 1985) WS 01/02 A. Schwaninger 10.14

8 Kompetition in IT Cortex Aufmerksmkeit und extrastriärer Cortex Biased Competition Model (Desimone, 1990, 1999; Chelazzi et al., 1998; Luck et al., 1997) * Eye Movement 1. Object representations compete for input. 2. Competitive Interactions are strongest when when stimuli activate cells in the same local region of cortex. 3. Competitive interactions are biased in favor of one stimulus. This bias includes stimulus-driven, bottomup and top-down processes. 4. Feedback bias is not purely spatial. Processing can be biased in favor of stimuli possessing a specific behaviorally relevant color, shape, texture, and so on, in parallel throughout the visual field. 5. Main source of top-down bias derives from prefrontal cortex (working memory). (Aus Duncan, 1999, nach Chelazzi et al., 1993) WS 01/02 A. Schwaninger WS 01/02 A. Schwaninger 10.16

9 Einleitung WS 2001/2002 Adrian Schwaninger Inhalt und Überblick Repräsentation, Erkennung, Kategorisierung Traditioneller Ansatz Strukturelle Beschreibungen Ansichtenbasierte Modelle Diskussion Gesichterwahrnehmung Befunde aus den Neurowissenschaften Primäre visuelle Verarbeitung Höhere visuelle Verarbeitung Bottom-up und top-down Prozesse Visuelle Aufmerksamkeit Literatur Kosslyn (1987) Kosslyn (1991) Kosslyn & Koenig (1992) Kosslyn, S.M. (1994). Image and brain. The resolution of the imagery debate. Cambridge, MA: MIT Press. Integration und Zusammenfassung WS 01/02 A. Schwaninger WS 01/02 A. Schwaninger 10.18

10 Einführung Interdisziplinärer Zugang Experimentalpsychologie Verhaltensebene Neurowissenschaften Physiologische Ebene Informatik Prakt. Modellebene Kosslyn: Modell zur Objekterkennung und Imagery Experimentelle Befunde aus der Wahrnehmungspsychologie Befunde aus der Neurophysiologie, -anatomie, -psychologie Überlegungen aus der Bilderkennung mit Computern, Implementation des Modells WS 01/02 A. Schwaninger WS 01/02 A. Schwaninger 10.20

11 Erkennung und Identifikation Erkennung (Recognition) und Identifikation Associative Memory Visual Memory Aussenwelt Visual Buffer Figur und Grund: Visual Buffer Visual Buffer Retina Multimodale, konzeptuelle Repräsentation Identifikation Visuelle Repräsentation Erkennung Visual Buffer Sämtliche ZNS-Strukturen, welche die Figur- Grund-Unterscheidung vornehmen (V1, V2, V3-4?) Topographische Organisation Repräsentation entspricht 2.5 D Sketch (Marr) Mehrere Auflösungen gleichzeitig repräsentiert "Recognition occurs, when input matches a perceptual memory, and hence one knows that the object is familiar; identification occurs when input accesses representations in a multimodal, "conceptual" memory store, and one thereby has access to a wide range of knowledge about the object (its name, favorite habitat, sounds it makes when shaked, and so on)." (Kosslyn, 1994, p.72) WS 01/02 A. Schwaninger V1 Hypercolumn (Nach Palmer, 1999) WS 01/02 A. Schwaninger 10.22

12 Dorsales und ventrales System Attention Window Erkennung trotz Translationen: Attention Window Visual Buffer (V1-V4?) Attention Window Objekterkennung Attention Window Derjenige Teil des Visual Buffers, welcher an höhere Areale für die Objekterkennung weitergeleitet wird. (Aus Zigmond et al., 1999) WS 01/02 A. Schwaninger Vermutete Steuerung: Pulvinar Bottom-Up: Projektion in Schicht 1, 2, 3 von V1 und Schicht 1, 3, 4 von V2 Top-Down: Reziproke Verbindungen mit IT und V4 Zahlreiche weitere Verbindungen WS 01/02 A. Schwaninger 10.24

13 Möglicher computationaler Mechanismus Mögliche neuronale Steuerung Memory Representation IT Dynamic Routing Striate Cortex (V1) V4 V2 V1 Memory Representation IT Dynamic Routing Striate Cortex (V1) V4 V2 V1 (Nach van Essen et al., 1994) WS 01/02 A. Schwaninger (Aus van Essen et al., 1994) WS 01/02 A. Schwaninger 10.26

14 Aufmerksamkeitssteuerung Attention Shifting u. Stimulus Based Attention Control Überlegungen zur Alignmenthypothese Transformation der Gedächtnisrepräsentation und/oder der Stimulusrepräsentation? Stimulus Based Attention Control Präattentive Verschiebung der Aufmerksamkeit durch saliente Stimuli. Attention Shifting Ausrichtung der Aufmerksamkeit durch höhere parietale und frontale Areale. WS 01/02 A. Schwaninger WS 01/02 A. Schwaninger 10.28

15 Erkennungsprozess Erkennungsprozess Winner take all... Pattern Activation Visuelles Gedächtnis (Temporalcortex) Imagery Feedback (Alignment und Ergänzung) Preprocessing Extraktion von Nonaccidental und Signal Properties (V2, V4?, MT?) (Aus Tanaka, 1996) (Aus Thurston & Carraher, 1966) Visual Buffer Bildhafte Stimulus- Repräsentation (V1-V4?) (Modifiziert nach Lowe, 1987 und Kosslyn, 1994) WS 01/02 A. Schwaninger WS 01/02 A. Schwaninger 10.30