Феномен фи: иллюзия кажущегося движения

Введение

Оптическая иллюзия кажущегося движения

Термин «феномен фи» используется в узком смысле для описания кажущегося движения, которое наблюдается при последовательном предъявлении двух близко расположенных зрительных стимулов с относительно высокой частотой. В отличие от бета-движения, наблюдаемого при более низких частотах, сами стимулы при этом не кажутся движущимися. Вместо этого, некий диффузный, аморфный, похожий на тень объект, кажется, подпрыгивает перед стимулами, временно их заслоняя. Эта тень кажется почти того же цвета, что и фон. Фактически, Вертгеймер изначально применил термин «φ-феномен» ко всем кажущимся движениям, описанным в его диссертации, когда он ввел этот термин в 1912 году, а беспредметное движение он назвал «чистым φ».

Экспериментальная демонстрация

В классических экспериментах Вертхаймера использовались две световые линии или кривые, неоднократно предъявляемые одна за другой с помощью тахистоскопа. Кроме того, тезис Вертхаймера не указывает точно, при каких параметрах наблюдалось "чистое движение". Более того, это явление трудно воспроизвести. Влиятельная история психологии ощущений и восприятия Эдвина Боринга, впервые опубликованная в 1942 году, способствовала возникновению этой путаницы. Обратная иллюзия фи – это разновидность феномена фи, которая затухает или рассеивается от своего положительного направления к смещенному отрицательному, так что кажущееся движение, воспринимаемое человеком, противоположно фактическому физическому смещению. За обратной иллюзией фи часто следуют черно-белые узоры. Считается, что обратная иллюзия фи действительно является эффектом яркости, возникающим при движении изображения, меняющего яркость, по нашей сетчатке. Это можно объяснить механизмами модели визуального рецептивного поля, где визуальные стимулы суммируются пространственно (процесс, обратный пространственной дифференциации). Эта пространственная сумма в некоторой степени размывает контур и, таким образом, изменяет воспринимаемую яркость. Четыре предсказания были подтверждены этой моделью рецептивного поля. Во-первых, обратный фи в центральной ямке должен нарушаться, когда смещение превышает ширину рецептивных полей центральной ямки. Во-вторых, обратная иллюзия фи существует в периферической сетчатке при больших смещениях, чем в центральной ямке, поскольку в периферической сетчатке рецептивные поля больше. В-третьих, пространственное суммирование рецептивными полями можно усилить за счет визуального размытия обратной иллюзии фи, проецируемой на экран с дефокусирующей линзой. В-четвертых, величина обратной фи-иллюзии должна увеличиваться с уменьшением смещения между положительным и отрицательным изображениями. Действительно, наша зрительная система обрабатывает прямое и обратное явление фи одинаково. Наша зрительная система воспринимает феномен фи между отдельными точками соответствующей яркости в последовательных кадрах, и движение фи определяется локально, точка за точкой, опосредованно яркостью, а не глобально. === Для обратного поведения фи необходимы и достаточны клетки-детекторы движения T4 и T5, и нет других путей для генерации поворотных реакций на обратное движение фи. Тангенциальные клетки демонстрируют частичный вольтажный ответ при стимуляции обратным движением фи. Модель детектора Хассенштейна-Райхардта. В дендритах T4 наблюдается существенный ответ на обратную фи, а в дендритах T5 – незначительный.

Wertheimer's classic experiments used two light lines or curves repeatedly presented one after the other using a tachistoscope. Furthermore, Wertheimer's thesis does not specify precisely under which parameters "pure movement" was observed. Moreover, it is difficult to reproduce the phenomenon. Edwin Boring's influential history of the psychology of sensation and perception, first published in 1942, contributed to this confusion. Reverse phi illusion is the kind of phi phenomenon that fades or dissolves from its positive direction to the displaced negative, so that the apparent motion human perceive is opposite to the actual physical displacement. Reverse phi illusion is often followed by black and white patterns. It is believed that reverse phi illusion is indeed brightness effects, that it occurs when brightness reversing picture moving across our retina. It can be explained by mechanisms of visual receptive field model, where visual stimuli are summated spatially (a process that is reverse to spatial differentiation). This spatial summation blurs the contour to a small extent, and thus changes the brightness perceived. Four predictions are confirmed from this receptive field model. First, foveal reverse phi should be broken down when the displacement is greater than the width of foveal receptive fields. Second, reverse phi illusion exists in the peripheral retina for greater displacements than in the fovea, for receptive fields are greater in the peripheral retina. Third, the spatial summation by the receptive fields could be increased by the visual blurring of the reversed phi illusion projected on a screen with defocus lens. Fourth, the amount of reversed phi illusion should be increasing with the decrease of displacement between positive and negative pictures. Indeed, our visual system processes forward and reversed phi phenomenon in the same way. Our visual system perceives phi phenomenon between individual points of corresponding brightness in successive frames, and phi movement is determined on a local, point for point basis mediated by brightness instead of on a global basis. ===

T4 and T5 motion detectors cells are necessary and sufficient for reversed phi behavior, and there are no other pathways to produce turning responses for reversed phi motion. Tangential cells show partial voltage response with the stimulation of reversed phi motion. Hassenstein Reichardt detector model. There is substantial responses for reversed phi in T4 dendrites, and marginal responses in T5 dendrites.

Феномен Phi и движение бета

Феномен Phi долгое время путали с бета-движением; однако основатель Гештальт-школы психологии Макс Вертхаймер разграничил их в 1912 году. Хотя феномен Phi и бета-движение можно рассматривать в одной категории в широком смысле, они всё же существенно различаются. Во-первых, различие заключается на нейроанатомическом уровне. Визуальная информация обрабатывается по двум путям: один обрабатывает положение и движение, а другой – форму и цвет. Если объект движется или меняет положение, это, скорее всего, стимулирует оба пути и приводит к восприятию бета-движения. Однако, если объект меняет положение слишком быстро, это может привести к восприятию чистого движения, такого как феномен Phi. Во-вторых, феномен Phi и бета-движение различаются и в плане восприятия. В случае феномена Phi два стимула, A и B, предъявляются последовательно, и вы воспринимаете некоторое движение между A и B; тогда как при бета-движении, также с последовательным предъявлением стимулов A и B, вы воспринимаете объект, фактически перемещающийся из положения A в положение B. Различие также проявляется на когнитивном уровне, в том, как наша зрительная система интерпретирует движение, что основано на предположении, что зрительная система решает обратную задачу перцептивной интерпретации. Для соседних стимулов, создаваемых объектом, зрительная система должна делать вывод о существовании объекта, поскольку сами стимулы не дают полной картины реальности. Существует множество способов интерпретации для нашей зрительной системы. Поэтому ей необходимо накладывать ограничения на множественные интерпретации, чтобы получить уникальную и достоверную. Принципы, используемые зрительной системой для установления этих ограничений, часто связаны с простотой и вероятностью.

Модель детектора Хассенштейна-Райхарда

Модель детектора Хассенштейна–Райхарда считается первой математической моделью, предлагающей, что наша зрительная система оценивает движение, обнаруживая временную перекрестную корреляцию интенсивности света от двух соседних точек, иными словами, это теоретическая нейронная схема, объясняющая, как наша зрительная система отслеживает движение. Эта модель способна объяснить и предсказать феномен фи и его обращенную версию. Модель состоит из двух локаций и двух визуальных входов: если зафиксирован вход в одной локации, сигнал передается в другую. Два визуальных входа подвергаются асимметричной временной фильтрации, после чего визуальный контраст в одной локации умножается на контраст из другой локации с временной задержкой. В итоге, результат умножения вычитается для получения выходного сигнала. Таким образом, два положительных или два отрицательных сигнала генерируют положительный выход, а если входы имеют разные знаки (положительный и отрицательный), выход будет отрицательным. Это соответствует математическому правилу умножения. В случае феномена фи, детектор движения реагирует на изменение интенсивности света в одной точке сетчатки, после чего зрительная система вычисляет корреляцию этого изменения с изменением интенсивности света в соседней точке сетчатки с небольшой задержкой.

Модель Райхардта

Модель Райхардта. В этой модели сигнал от одного фоторецептора задерживается фильтром для последующего сравнения с сигналом от соседнего фоторецептора посредством умножения. Входной сигнал фильтруется дважды симметрично относительно операции умножения – один раз до умножения и один раз после, что обеспечивает оценку движения второго порядка. Эта обобщенная модель Райхардта допускает использование произвольных фильтров как до, так и после нелинейной операции умножения.