Эмпирическая теория восприятия - Empirical theory of perception

Эмпирическая теория восприятия является типом объяснения того , как перцепты формы. Эти теории утверждают, что сенсорные системы включают информацию о статистических свойствах природного мира в свой дизайн и связывают поступающие стимулы с этой информацией, а не анализируют сенсорную стимуляцию на ее компоненты или особенности .

Эмпирические отчеты о видении

Визуальное восприятие инициируется, когда объекты в мире отражают лучи света в сторону глаза. Большинство эмпирических теорий зрительного восприятия начинаются с наблюдения, что стимуляция сетчатки в корне неоднозначна. В эмпирических исследованиях наиболее часто предлагается механизм обхода этой двусмысленности - « бессознательный вывод », термин, восходящий к Герману фон Гельмгольцу .

По словам Хатфилда, Ибн аль-Хайтам был первым, кто предположил, что когнитивные процессы более высокого уровня («суждения») могут дополнять чувственное восприятие, чтобы вести к точному восприятию расстояния, предполагая, что эти «суждения» формально эквивалентны силлогизмам . Рене Декарт расширил и уточнил это мнение. Джордж Беркли отошел от этой традиции, выдвинув новую идею о том, что сенсорные системы вместо того, чтобы выполнять логические операции со стимулами для достижения достоверных выводов (т.е. эти световые лучи приходят с определенной ориентацией относительно друг друга, поэтому их источник находится на определенном расстоянии) Создавайте ассоциации. Например, если определенные сопутствующие сенсорные атрибуты обычно присутствуют, когда объект находится на заданном расстоянии, наблюдатель будет видеть объект с этими атрибутами как находящийся на этом расстоянии. По мнению Гельмгольца, берклийские ассоциации формируют предпосылки для индуктивных «суждений» в понимании этого термина аль-Хайтамом. Гельмгольц был одним из первых мыслителей этого предмета, который дополнил свои рассуждения подробными знаниями анатомии сенсорных механизмов. Гельмгольц также собрал много знаний из физиологии, экспериментальной психологии, анатомии и патологии, чтобы расширить свои представления об анатомии сенсорных механизмов.

В текущих работах использование этого термина Гельмгольцем трактуется как относящееся к некоему механизму, который усиливает чувственные впечатления приобретенными знаниями или посредством применения эвристики . В общем, современные эмпирические теории восприятия стремятся описать и / или объяснить физиологические основы этого «бессознательного вывода», особенно с точки зрения того, как сенсорные системы получают информацию об общих статистических характеристиках своего окружения (см. Статистику естественных сцен ) и применяют это информация к сенсорным данным, чтобы сформировать восприятие. В этих теориях постоянно встречается тема, что неоднозначность стимулов устраняется априорными знаниями о мире природы.

Полностью эмпирический подход к визуальному восприятию

Полностью эмпирический подход к восприятию, разработанный Дейлом Первесом и его коллегами, утверждает, что восприятия определяются исключительно эволюционным и индивидуальным опытом с сенсорными впечатлениями и объектами, из которых они происходят. Успех или неудача поведения в ответ на эти сенсорные впечатления имеют тенденцию увеличивать преобладание нейронных структур, которые поддерживают некоторые способы интерпретации сенсорного ввода, уменьшая при этом преобладание нервных структур, которые поддерживают другие способы интерпретации сенсорного ввода.

Эта стратегия определяет качества восприятия во всех визуальных областях и сенсорных модальностях. Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что восприятие цвета, контраста, расстояния, размера, длины, ориентации линий и углов, движения, а также высоты звука и созвучия в музыке может определяться эмпирически выведенными ассоциациями между сенсорными паттернами, которые люди всегда испытывали, и относительный успех поведения в ответ на эти модели.

К большому преимуществу наблюдателя, восприятие зависит от эффективности прошлых действий в ответ на зрительные стимулы и, таким образом, только случайно с измеренными свойствами стимула или лежащих в основе объектов.

-  Дейл Первес , веб-сайт Purves Lab

Полностью эмпирическая стратегия

Полностью эмпирическая теория восприятия отличается от других эмпирических теорий тем, что признает серьезность обратной задачи в оптике . В качестве примера представьте, что для наполнения ведра водой используются три шланга. Если известно, сколько воды внесло каждый шланг, легко вычислить, сколько воды находится в ведре. Такого рода проблемы известны как «прямые», которые легко решить. Но если все, что известно, - это количество воды в ведре, с помощью этой информации невозможно вычислить, сколько воды поступило из каждого шланга; невозможно работать «задом наперед» от ведра к шлангам. Это пример обратной задачи . Решения этих проблем редко возможны, хотя иногда их можно приблизить, налагая основанные на допущениях ограничения на « пространство решений ».

Навигация по миру только на основе сенсорной стимуляции представляет собой обратную задачу в области биологии. Когда свет, отраженный от линейного объекта, падает на сетчатку , объект в трехмерном пространстве трансформируется в двумерную линию. Дальняя линия может формировать на сетчатке то же изображение, что и более короткая, но близкая линия. Невозможно работать в обратном направлении, чтобы узнать реальное расстояние, длину и ориентацию источника проецируемой линии. Несмотря на это, наблюдателям обычно удается эффективно вести себя в ответ на сенсорную стимуляцию.

Обратная задача оптики представляет собой затруднение для традиционных подходов к восприятию. Сторонники обнаружения признаков (известного сегодня как нейронная фильтрация ) предлагают, чтобы визуальная система выполняла логические вычисления на входах сетчатки, чтобы определять аспекты восприятия сцены более высокого уровня, такие как восприятие контраста, контура, формы и цвета. Учитывая обратную задачу, трудно представить, как эти вычисления могут быть полезны, поскольку они мало или не имеют ничего общего со свойствами реального мира. Эмпирические подходы к восприятию предполагают, что для организмов единственный способ успешно преодолеть обратную проблему - это использовать свой долгий и разнообразный прошлый опыт взаимодействия с реальным миром.

Полностью эмпирический подход утверждает, что этот опыт является единственным фактором, определяющим перцептивные качества. Он утверждает, что причина, по которой наблюдатели видят объект как темный или светлый, заключается в том, что как в прошлом индивида, так и в прошлом вида было выгодно видеть его таким образом.

цвет

Цветовое зрение зависит от активации трех типов колбочек в сетчатке человека, каждый из которых в первую очередь реагирует на различный спектр световых частот . Хотя эти механизмы сетчатки обеспечивают последующую обработку цвета, одни только их свойства не могут объяснить весь спектр явлений восприятия цвета. Частично это связано с тем, что освещенность (количество света, падающего на объект), коэффициент отражения (количество света, которое объект предрасположен отражать) и коэффициент пропускания (степень, в которой световая среда искажает свет при его перемещении) объединены. на изображении сетчатки глаза. Это проблематично, потому что, чтобы цветовое зрение было полезным, оно должно каким-то образом направлять поведение в соответствии с этими свойствами. Даже в этом случае зрительная система имеет доступ только к сетчатке, которая не различает относительный вклад каждого из этих факторов в окончательные световые спектры, которые стимулируют сетчатку .

Согласно эмпирической структуре, зрительная система решает эту проблему, опираясь на вид и индивидуальный опыт с изображениями сетчатки глаза, которые в прошлом означали различные комбинации освещенности, отражения и пропускания. Только те ассоциации, которые привели к правильному поведению, были сохранены в процессе эволюции и развития, что привело к репертуару нейронных ассоциаций и предрасположенностей, которые лежат в основе восприятия цвета в мире.

Иллюстрация одновременного цветового контраста.
Одновременный цветовой контраст. Меньшие квадраты идентичны по цвету, но выглядят по-разному в зависимости от контекста.

Один из способов проверить эту идею - посмотреть, предсказывает ли частота совпадения световых спектров одновременные эффекты цветового контраста . Fuhui Long и Purves показали, что путем выборки тысяч естественных изображений анализ ассоциаций между целевыми цветами и цветами их окружения может объяснить эффекты восприятия, подобные тем, которые показаны справа. Вместо того, чтобы объяснять расхождения в восприятии цвета как нежелательные побочные продукты обычно достоверного механизма восприятия цвета, разные цвета, которые видят люди, являются просто побочными продуктами воздействия вида и человека на распределение цветовых спектров в мире.

Яркость

Яркая демонстрация одновременного яркостного контраста.
Иллюзия тени шашки. Квадраты A и B идентичны по возвращаемой яркости, но выглядят по-разному яркими в зависимости от контекста.

« Яркость » относится к субъективному ощущению того, что рассматриваемый объект излучает свет. В то время как воспринимаемые корреляты цвета - это частоты света, составляющие световой спектр , перцептивным коррелятом яркости является яркость (интенсивность света, излучаемого объектом). Хотя может показаться очевидным, что ощущение яркости напрямую связано с количеством или интенсивностью света, попадающего в глаза, исследователи, изучающие восприятие, давно знают, что яркость не возникает исключительно из-за яркости, падающей на сетчатку. Типичным примером является одновременный контраст яркости (показан справа), в котором два идентичных целевых ромба имеют разную яркость.

В эмпирическом учете та же общая структура, которая используется для рационализации одновременного цветового контраста, применяется к одновременному контрасту яркости . Визуальная система связывает значения яркости и их заданные контексты с успехом или неудачей последующего поведения, что приводит к восприятию, которое часто (но только случайно) отражает свойства объектов, а не связанные с ними изображения.

Шашка тень иллюзия решительно поддерживает эту точку зрения о том , как работает восприятие яркости. Хотя в других структурах нет объяснения этого эффекта или объяснений, которые сильно несовместимы с их объяснениями аналогичных эффектов, эмпирическая структура поддерживает, что воспринимаемые различия яркости обусловлены эмпирическими ассоциациями между целями и их соответствующими контекстами. В этом случае, поскольку «более легкие» цели обычно были бы затемнены, люди воспринимают их таким образом, чтобы они имели более высокий коэффициент отражения, несмотря на их предположительно низкий уровень освещенности . Этот подход значительно отличается от вычислительных подходов, основанных на «контексте», поскольку отношения «цель / контекст» являются случайными и основанными на мире, и поэтому не могут быть каким-либо значимым образом обобщены на другие случаи.

Длина линии

Восприятие длины линии затруднено другой оптической обратной проблемой: чем дальше линия находится от наблюдателя, тем меньше проецируемая линия будет на сетчатке. Различная ориентация линии относительно наблюдателя также может скрывать истинную длину линии. Прямые линии ошибочно считаются длиннее или короче в зависимости от их угловой ориентации, что демонстрируется иллюзией вертикально-горизонтального положения . Хотя до сих пор не было предложено общепринятых объяснений этого явления, эмпирический подход имел некоторый успех в объяснении эффекта как функции распределения линий в естественных сценах. Кэтрин Хоу и Первес (2002) проанализировали фотографии естественных сцен, чтобы найти спроецированные линии, соответствующие прямым источникам. Они обнаружили, что отношения фактической длины линий к проецируемым линиям на сетчатке, при классификации по их соответствующей ориентации на сетчатке, почти идеально соответствовали субъективной оценке длины линии как функции угла относительно наблюдателя. Например, горизонтальные линии на изображении сетчатки обычно возникают из относительно коротких физических источников, в то время как линии под углом около 60 градусов относительно наблюдателя обычно означают более длинные физические источники, что объясняет, почему люди склонны видеть линию под углом 60 градусов. длиннее горизонтальной линии. Хотя зрительная система не может знать это априори , тот факт, что она, кажется, принимает это знание как должное при построении восприятия оценки длины, сильно поддерживает полностью эмпирический взгляд на восприятие.

Движение

Восприятие движения также затруднено обратной проблемой: движение в трехмерном пространстве не точно отображается на движение в плоскости сетчатки. Удаленный объект, движущийся с заданной скоростью, будет медленнее перемещаться по сетчатке, чем соседний объект, движущийся с той же скоростью. Как упоминалось ранее, размер, расстояние и ориентация также неоднозначны, учитывая только изображение сетчатки. Как и в случае с другими аспектами восприятия, теоретики-эмпиры предполагают, что эта проблема решается методом проб и ошибок с движущимися стимулами, связанными с ними изображениями на сетчатке глаза и последствиями поведения. Один из способов проверить эту гипотезу - определить, может ли она объяснить иллюзию запаздывания вспышки , визуальный эффект, при котором вспышка, наложенная на движущуюся полосу, ложно отображается как отстающая от полосы. Задача теоретиков-эмпириков состоит в том, чтобы объяснить, почему люди воспринимают вспышку таким образом и почему воспринимаемая задержка увеличивается со скоростью движущейся полосы. Чтобы исследовать этот вопрос, Уильям Войтах и ​​его команда смоделировали трехмерную среду, полную движущихся виртуальных частиц. Они смоделировали преобразование из трех измерений в плоскость двумерного изображения и подсчитали частоту появления скоростей частиц, расстояния между частицами, скорости изображения и расстояния изображения, где изображение означает путь, проецируемый через смоделированную компьютером «сетчатку». Полученные ими распределения вероятностей хорошо предсказывали величину диспаратности штрих-вспышек. Авторы пришли к выводу, что эффект запаздывания вспышек является признаком того, как мозг эволюционирует и развивается, чтобы вести себя надлежащим образом в ответ на движущиеся изображения сетчатки.

Ссылки