mekanismit stereohava itsem isen ,;r'rilir:ii I

Transkriptio

1 ,;r'rilir:ii I I hmisen kol mi u lotteisen stereohava itsem isen mekanismit Si I mien näkymäerojen vertai I u un perustuva stereonäkö tuottaa kolmiulotteisen havaintokokemuksen nopeasti ja tarkasti. Vaikka havaintokokemus tuntuu välittömältä ja itsestäänselvä ltä, on sen ta usta I la moni mutka isia hermostollisia mekanismeja. Nåiden mekanismien omi naisuuksista tiedetää n yl I ättävän vähän, joten stereonäön tutkimukseen liittyy vielä monia avoimia kysymyksiä. Eräs keskeisimmistä ongelmista on se, mitkä oikeastaan ovat niitä havaintomaailman osasia, joita stereonäkö hyödyntää kol mi ulotteisuuden prosessoinnissa. U usi mmat tutki mustu lokset vi ittaavat si i hen, että ongel mien ratkaisemiseksi rajaviivan käsite täytyy stereolaskennassa määritellä uudestaan. Jukka H äkkinen Göte Nyman ilmien.si joittlrminen pään etuosaan ra joittaa näkökenttämme ainoastaan pään etupuolelle ulottuvaksi eli noin 190 asteen laaiuiseksi, i()ten emme naie selkämme taak.se. Monilla eläinlajeillx silmit sijxitsevat kuitenkin pään sivtrilla mahclollistlen yli 300 asteen laajrrisen näkökent:in jx liihes koko havaintoympäristön yhtäaikaisen txrka.stellrn (Hughes 1977; Holvard.t Rogers 1995; Polyak 1957). Ivliksi ihrnisen silmät sitten eivät ole pään sivtrille korvien yllipuolella, jolloin näkisimme helposti sekä eteen- ertä treksepäin? Ilmeisesti p:iän etupuolelle siioittumisesta eli tiontaalisuutlc-sta on niin merkittivä:i hyiityi ihmisen toiminnen kannalta, ettai slluri osa havrintoympäristöstii (,n vrrjri j;ift.il rnuidqn :r istikltn.rvien vrtrrtln. I"rontaalisuudestx saavutett:rvet eclut liittyvät erityisesti siihen, että näin mahdolli-strru suuri oi,r kean ja vasemman näkökentän päällekkäisyys, jolloin kahteen silmään nikyvä eli binokulaarinen alue edistää näköriedon käsittelyi'. Ensinn:ikin, kyky havaita alhaisia valomä;iriä tri muuten epäselviä kuvia paranee, koska kaksi silrn:iä nikee todennäköisemmin epäselvän kohteen kuin yksi (Pirenne 1943) ja koska silmien vestaanottrmat irsykkeet voiclaan yl.rdistää heikkojen signlalien vehvistarnisek.si (Calnpbell & Green 1965; r\nderson & Nlovshon t9il9). 'foiseksi, binokulaarinen n:ikökenttä mahdollistea stereonäön avtrlla trpahtuvan kolmilrlotteisuuclen hehmottami.sen. Täti havainnollistetaan kuvassa l, jos.sa omena ia sitrulrn:r ovrt eri etiiisyyksill:i havlitsijan e(less:i. I{avaitsija kolldistaa kxlseensa omenaan, jt>lloir.r näköaisti pystyy sikniä liikurtavien lihrsten tilanr avr.rlla rn'ioirnaan sen etäisn den D. Niikökentain keikkien kohtien etäisyys olisi periaxtteessx rnah- &rllista arvioicle kohdi.stamllla kltse kultunkin niistä, mlrtta timä ()lisi tviilästi ja likar vievlili, koske k;rrsojan pitäisi katsoa j<;kaista osesta erik- PSYKOLOGTA3S (1998)

2 rtrtil,:l;tlil seen. Niinpä muiden kolrteiden kolntiulotteisuus prosessoiclaan stereonäköä käyttäen. Stereonäkti muodostaa kolrniulotteisuuskoke-7 muksen hyödyr.rtämällä vasemman ja oikean sil_ män näkymien eroja, jotka vaihtelevat systemaattis('s(i liil)ictäis)) dclli olevien csineidcn keskinäjs_ ten syvyyssuhteiden mukaan. Näkymäerot ilmene_ vät esimerkiksi koko-, muoto_ ja paikkaeroina. mutta tässä yhteydessä keskitlrään läl.rinnä paikkaerojen, eli vaakasuuntaisen eriä\.jyden (horizontal di.sparity) merkitykseen kolmiulotteisuusvihjeenä. Esimerkiksi kuvan 1 omenan ja sitruunan välinen kolmiulotteinen syv,rysero ilmenee siten, että he_ delmi. tä heijastuvat kuvat ovat vasemman silmän verkkokalvolla lähempänä toisiaän kuin oikean silrän verkkokalvolla. Koska erot vasemman ja oikean verkkokalvokuvien etäislydessä vaihteleval systemaattisesti kohteiden kolmiulotteisuus_ erojen mukaan, kyetään niiden avulla määrittelemään kohteiden syqyserot erittäin tarkasti. Verk_ kokalvokuvien etäislyserot kertovat vasta heclel_ mien kolmiulotteisuussuhteesta, ntutta se ei ole D I Vasen silmä Oikea silmä Kuva1.. Stere-oskooppinen kolm iu lotteisu ud e n raskemtnen. 5tereopsis laskee pisteiden omenan, a srtruunan vålisen etåisyyserbn d vertail a vasemman Ja oikean verkkokalvon kuvia. Koska vassmman silmän verkkokalvolla olevien kuvien va I nen etäts]lyr on pienempi kuin oikean silmån verkkokatvo a olevien, pystyy stereodsis laskemaån. etärsyyttå O hyödyntåån etäiswsero d:n enftarntarkasti. Omenan takana olevå harmaa Kentta.kuvaa aluetta, jolla muiden obiektiån srereoskooppinen yhdistäminen ei ole niahool- Ista Ja obrektit jäävåt kaksoiskuviksi. 294 PSYKOLOGTA 4_5/98 riittävai tieto etäi.s),yseron d selvittämiseksi. Jolte s)'nyseroisra k) ttäisiin päätrelentään hedelmien etäisyysero d, tät1yy näköaisrir.r vielä selvitriä omenan etäisyys, havaitsijasta. Vasta kun verkko_ kalvokuvien erot on suhteutettu katseluetäsy\,_ teen, s),ntyy varsinainen kolntiulotteisuuskoke_ mttsl Eriävlysrietoa hyödyntämällä on mahdollista tehdä kuvapareja, stereogrammeja, jotka oikealla tavalla tarkasteltuna aikaansaavat elävän kolmiulotteisuuden kokemuksen. Kolmiulotteisuusvaikutelma saadaan aikaan nä\,$dm"llä kuvaparin kumpikin puolikuva (half-image) ainoastaan toiseen silmään, jolloin näköaisti luulee stereogram_ min kuvien olevan peräisin samasta havaintokolr_ teesta. Stereogrammeja voidaan katsoa erilaisilla katselurekniikoilla tai katselua helpottavalla lair teella, stereoskoopillaa. Eräs yleisimpiä stereoskoop_ pitiyppejä on prismasrereoskooppi, jossa prismat muuttavat katseen kohdistumista niin, että stereokuvan kolmiulotreinen tarkastelu helpottuu. -Ios henkilö katselee kuvan 2a stereogrammia ilman apuvälineitä tai pyrkimättä kohdistamaan silmiään tavallisuudesta poikkeavalla tavalla, vasemman ja oikean silmän näköakselit osoittavat samalle koh_ dalle paperia (kuva 2b). Tällöin ej tierenkään synny kolmiulotteista havaintokokemusm, koska stereonäkö pystlt helposti hahmottamaan, että kyseessä on litteä paperi, jossa on litteitä kuvia. Sen sijaan jos samaa kuvaa katsotaan prismastereoskoopilla (kuva 2c), oikean ja vasemman silmän näköakseli kohdistuu prismojen taittovaikutuksen johdosta keskelle puolikuvia. Tällöin näköjärjestelmä luulee, ertä silmär ovat edelleenkin kohdis_ tuneet samaan kohtaan ulkomaailmassa (pistevii_ vat kuvassa 2c) ja etta puolikuvat ovat peräisin samasta ulkomaailman kohteesta. Niinpä puoliku_ vissa olevat eroavaisuudet tulkitaan havaintokoh_ teen kolmiulotteisesta rakenteesta johtuviksi. Ku_ van 2a stereokuvassa kolmiulotteisuusvaikutelma aiheutetaan siirtämällä vasemman puolikuvan suo_ rakaiteita oikealle ja oikean puolikuvan suorakai_ teita vasemmalle. Lisäksi pienempiä suorakaiteita on siirrenl, enemmän kuin suurempia (siirtymän suuruutta havainnollistavat puolikuvissa olevat musiat nuolet, ioita ei ole siirrelty).jos stereovaiku_ telman muodostaminen onnistuu, syntyy kuvan 2d kaltainen liavaintokokemus,,ossa si.semmät neliöl kohovat Iähemmäk-si havait.sijaa. Jos stereoskooppia ei ole kä1tettävissä, on kol_ miulorteisuus mahdollista havaita kä)ttämäll.i eri_ tyi.stä katselurekniikkaa. Katselutekniikoiclen pe_ rusajatuksena on muuttaa silmien normaalia koh_

3 ,rrrlåfrcli r distumista (kuva 2b) niin, eträ silmät kohdisruvar.stereogrammin puolikuviin. Näitä tekniikoita on kaksi: silmien ristikkäin asettaminen eli konver-.gointimenelelmä (kuva 3a) tai paperin lävitse tuijottaminen eli divergointimenerelmä (kuva 3b). Konvergointimenetelmässä silmiä yritetään koh- distää tavallista enemmän nenän suuntaan siten, että vasen puolikuva nåkyy oikeaan silmään ja oikea puolikuva näkyy vasempaan silmään (kuva Ja; puolikuvien yläpuolella olevat kirjaimet O ja V viittäavat siihen silmään, johon kyseinen puolikuva näkyy). Divergointimentelmässä taas silmien a. t t t t b. Vasen silmä Oikea silmä Vasen silmä Oikea silmä c. d. Havaintokokemus Kuva 2. Stereogrammi ja stereoskooppi. 295

4 ari iltle tlit kol]distusta muutetaan ohimon suuntaan niin, että va_sen puolikuva näkyy vasempaan silmään ja oikea puolikuva näkyy oikeaan silmään (kuva 3b).,, Nämä menetelmät vaativat hiukan harjoittelua, mutta yleensä iompikumpi menetelmistä tuntuu henkilöstä huomatavasti toista helpommalta. o V Koska näissä kahdessa menetelmässä puolikuvat näkyvät päinvastaisiin silmiin, tä)rly kumpaakin menetelmää vanen olla oma stereogrammi, jossa puolikuvat ovat päinvastaisella puolelia kuin toisessa. Kuvan Jc stereogrammi on tarkoitenu konvergointimentelmää varten ia kuvan 3d stereo- v o a. Vasen silmä Oikea silmi Vasen silmil Oiker silms b. c. l-_t llnll ltll Ir rl o l-_] lln ll tt It rl l d. o V lt V Il V o T e. t t x t f U t t Kuva 3. Stereogrammin katselutekniikat. 296 psykolocta

5 r.tlf I(tuL J' lil grammi divergointimenetelnrää. Naiistä kihdesta stereogremmista voi(laan tilen säästärnisek.si rnuodostal yksi ko[nikuvainen :jtereogrammi (kuva Je), jossa vasempaan silmäin näk1wä puolikuva on keskellä. Kolmikuvaisen stereogrammin xlla olevat symbolit viitteavat kunkin kuvaparin katselumenetelmään. Kahta oikeanpuoleista puolikuvaa, joiden alapuolella on nelikulmainen U, tulee kalsoa divergointimenetelmällä ja kahta vesemrnanpuoleista kuvaa, joiden alapuolella on rasti, pitää ketsoa konvergointimenetelmällä. Allclotropia KilPailu Kolmiulotteisuus Stereonäön toiminta Stereonäkö koostuu useista mekanisrneista, jotka k)imivat!'uorovaikutuksessa toister].sa kanssa (kuva 4). Ennen yhtenäisen binokulaarisen havaintokokemuksen muodostumista tietojenkäsittelyssä on monokularinen vaihe eli vasemmasta ja oikeasta silmästä peräisin olevla tietoa käsitellään omissa jirjestelmissään. Tämän vaiheen aikana tieto välittyy vasemman ja oikean silmän verkkokalvoilta väliaivoissa olevan talamuksen kautta primaariselle näköaivokuorelle, jossa näkymien binokulaarinen yhdistäminen elkaa. Ilinokulaarisen yhdistärnisen ensimmäinen edellytys on, että silmät kohclistuvat samoihin kohtiin ulkomaailmassa. Tätä vaihetta kutsutaan motoriseksl yhdistämiseksi (mo- «;r fusion) ja sen aikana silmänlihakset ohjaavat silmiä pyrkien saamaan korrelaation näkymien vlilillä mahdollisimman suureksi (lvlallot, Roll "A Arndt 1996). Kun koffelaatio on riittävän suuri, olettaa näköjärjestelmä, että.silmät ovat kohdistuneet samaan ulkomaailman paikkaan ja tietojenkäsittelyn sensorinen osa alkaa. Sensorisen vaiheen keksi tärkeää prosessie ovat sen.sorinen yhdistäminer] (sen.sory frrsbn) ja.stereopsis. Sensorinen yhdistäminen pyrkii löytämään silnlien näkymisti ne osxt, jotk:r ovxt peraiisin salnxsta ulkomaailman kohteesra. Kun toisilan vastxavat kohdat on tunnistettu aivoihin vlilittynee..jte tiedosta, muunnetaan kahclen silmän erilliset nikyrniit yhteniiseksi hevaintokokernukseksi. ( )\ltljin s.rmjnjikjis('sl i scns(,rr\en I lttjrstintiscn kar.ssa tapahtuu kolmiuk.rttei.suuden prosessointi. Stereopsis eloittaa eriävien kuvan osien kolmiulotteisuuden rekisteröinnin' kun yhdistärnismekanismi on löytinyt joitakin yhteensovitettavi.ssa olevia piirtcit:i la jatkaa pro.sessointia vielä U ^ /il;\ / laarinen \ \ ti"tol"o- ) -,r/ Vasen silmä Kuva 4. stereojärjestelmå. tr u /il;h, 1 tu*io"o \ \ tietojen- l \et9/ Oikea silmä yhdistämisen jälkeenkin. Usein stereoprosessointi tapahtuu niin nopeasti, että binokulaarinen yhdisrärninen ja kolmiulotteisuuden havainto syntyvät lähes samanaikaisesti. Monimutkaisissa kuvissa viive yhdistämisen ;a kolmiulotteisuuden välilli kuitenkin korostuu ja yhclistämisen jälkeen voi kulua useita sekunteja, ennen kuin kolmiulotteisuus hahmottuu (Gillam, Charnbers & Russo 1988). Stereotietojenkäsittelyn lopputuloksena on kolrniulotteinen havaintokokemus, jossa eriivät kohteet ovxt syvyydessä. Steleonäköön perustuva kolmiulotteisuuserottelu or.r erittäin terkkaa, optirnaalisissa olosuhteissa.se on 2-6 kaari.sekuntia, mikä tarkoittaa rnillimetrien kymmenesosien tlrkkrlultr noin puolen metrin etiisyydellä (Horvard l9l9; Kurnar & Glaser 1991t; Woo & Sillanpää ly7!). Vrrikkr stercenäkii v( )isi lcorcctl.isesl i uirnij r.roir.r 200 rnetrin ctiisyyrietle saakka, kliytetiän stereonäkiiä yleensä vain llhieräisyaden kohniirlotlciscsu lr.rlrmott;rrni.-css"r. crityis<sti lnr.lrljmf, n metrin etliisyyclell:i. Sur,rrernrnilia klr.selr-retiiisyyksillä muut kolmiulottei.suusvill jeet, kuten esirnerkiksi liike, pelspekriivi, vlrriot, peittyneisyydet ja tu[tu koko ovet [ehokkaarnpia kolmiulotteisuustr(1lor) \'iilrtt.iiii. Eri r rlrjrirlt'n kjyttinrinen Iiippuu kuitenkin tilantcesta, eli jos ärsykeympäristii sis:iltri:i vain v:ihän muita vihjeitä, voidxan stereotieto.r 297

6 «rikkt:llt kä)uää myös pidemmillä matkoilla, Kolmiulotteinen havaintokokemus ei ole ainoa stereojärjestelmän tuottama kokemus. Jos kahdenr' kohteen välinen sy\,,ysero, eriävyysgradientti, on liian äkkijyrkkä, saattaa sensorinen yl.rdis!äminen epäonnistua ja toinen kohteisra jää kaksoiskuvaksi (diplopia; Bun &Julesz 1980). Kriirriser rajat yhdistymiselle ja kaksoiskuvaksi jäämiselle on esiretry kuvassa t harmaana alueena. Jos kuvan sitruuna siinyisi kuvassa olevalle harmaalle alueelle, olisj eriä\yysgradientti suhteessa omenaan liian jyrkkä ja sitruuna jäisi kaksoiskuvaksi..loskus myös selvästi erilaisia kuvioita yrirerään yhdistää ia tuloksena on binokulaariseksi kilpailuksi (binocular rivalry) kutsuttu havaintokokemus. Esimerkiksi kuvan 5 srereogrammin neliö yl.rdistyy stereoskooppisesti, koska kuvioiden ääriviivat ovat samanlaiset. Erilainen pintakuviointi aiheutraa kuitenkin kilpailun havainnon eli vasemman ia oikean silmän erilaiset kuvioinnit näkyvät l,uorotellen kuin näkyqydestä kilpaillen (Sengpiel, Blakemore & Harrad 199r. Kolmiulotteisen havainnon syntyessä kuvan rakenne vääristyy hiukan, koska stereoyhdistämisessä näköaisti ioutuu muuntamaan kaksi tasossa olevaa hahmoa kolmiulotteiseksi hahmoksi. Muunnoksen seuradksena binokulaarisen kohteen havaittu vaakasuuntainen siiainti on monokulaaristen paikkojen keskiarvo. Ilmiötä kutsutaan allelotropiaksi ja se ilmenee kuvassa 2 siten, että mustien nuolien vaakasuuntainen paikka suhteessa nuolien kärkien kohdalla olevaan neliöön muuttuu kun kuvaa tarkastellaan stereoskooppisesti. Ennen binokulaarista yhdistämistä nuolien kärjet eivät ole aivan neliön sivujen kohdalle, mufia stereoskooppisesti kuvaa katsottaessa ne osuvat lähes niiden kohdalle. Vaiklia edellämainirru ja ilmiöirä on rutkirru viime vuosikymmeninä tiiviisti ja käsitys stereohavailsemisen ominaisuuksista on selkiytynyt huomattavasti, sisältly tutkimukseen vielä ratkaisemattomia ongelmia. YIIättävän monet keskeisimmistä kysymyksisrä liirr)'vät 1800-luurlla syntyneisiin käsitejäriesrelmiin, jotka ohjaavat tutkimuksen suuntautumista ja tulosten iäsentämistä niin, että uudentyryppisiä ratkaisuja on joskus vaikea havaita. Niinpä on hyödyllistä perehtyä stereonäkörurkimuksen historialliseen taustaan ia tätä kautta selvittää, miksi riet)'t peruskysymykser käsirreellistetään tietyllä tavalla ja miksi tästä seuraa vaikeus kysyä oikeanlaisia kysymyksiä ja Iö,'rää oikeira vastauksia. Wheatstone: havaitseminen päåttelynä Kahdella ja yhdellä silmällä havaitsemisen ero tiedettiin jo varhain (esim. Eukleides, 300 eaa / ; Nhazen / 7989 ; Aguilonius 161 3), mutta mielenkiintoisimpana ongelmana pidettiin kahden silmän näkymän yhdistämistä yhtenäiseksi havaintokokemukseksi, eli binokulaarisuuden ja kolmiulotteisuushavainnon suhdetta ei kovinkaan palion pohditru. Jorkur rurkijar olivar ilmeisesri io varhain ymmärtäneet binokulaarisuuden merkityken kolmiulotteisuuden hahmottamisessa (esim. Rohault 1671; Haris 1775), murta nämä aiatukser eivät levinneet laajempaao tietoisuuteen. Vasta englantilainen Charles Theatstone esitti selkeästi stereohavaitsemisen ja stereokuvien tekemisen periaatteen ja kehitteli yksinkenaisen laifteen, pei- trffi Kuva 5. Binokulaarinen kilpailu. 298 PSYKOLOGTA

7 ,.i l'lt,t,{',.1lit listereoskoopin, jolla kuvia oli he'lppo katsoa ja stereonäön tutkimiseen liittyviä muuttujia oli helppo kontrolloida (Wheatstone 1838; Vheatstone 1852; \Yade 1987). whealstonen käsitys näköhavainnosta vaikutti.siihen, kuinka stereohaveitsemisen xjateltiin tapahtuvan. Hän edusti teoreettistä kä.sitystä, ionka mukaan havailseminen oli piiärtelyn kaltaista toimintaa, iossa mieli xikaisempien kokemu.stensa evulla jäsentelee silmien välittämän tiedon havainmkokemukseksi. Stereonäkö a jateltiin siis prosessina, joka etsii våsemmasta ia oikeasta silmästä peräisin olevat kasvot, pöydät ja kukkaruukut ja vertailemalla samankaltaisiksi tunnistettavissa olevien kohteiden ääriviivojen eroja päättelee kolmi ulotteisuuden (Helmholtz 1909/ 1962: Le Conte 1881; Ogle 1950; Wade,-t Ono 1985). Julesz ja satunnaispistestereogrammit Stereohavailsemisen käsittäminen osaksi nluotojen ja ob,ektien tunnistamista säilyi vallitsevana näkemyksena aina 1960-lu!ulle saakka, jolloin Bela Julesz -niminen unkarilaissyntyinen tutkiia teki kokeita uudenlaisilla stereogrammeilla. Niissä ei ollut havaittavissa mitään tunnistettavissa olevia muotoja tai objekteja, ainoastaan mustia ja valkoisia pisteitä, joista kuitenkin stereoskooppisesti tarkasteltaessa syntyi kolmiulotteinen havaintokokemus. Julesz.sai ideansa ilmavalokuvauksesta, jonka parissa hän oli työskennellyt. Ilmakuvia otettaessa oli aivan tavallista, enä stereotekniikkaa hyödynnettiin siioittamalla kamerat lentokoneen siivenkärkiin, jolloin saatiin selkeä stereogrammi lentokoneen alla olevasta näkymästä. llmavalokuvaajien piirissä oli tiedetty io pitkään, että stereoskooppisesti katsomalla on stereokuvissa mahdollista nähdä kohteita, jotka eivät muulla tavoin ole erotettavissa (Aschenbrenne 1954). Julesz halusi perehtyä ilmiön havaintopsykologiseen puoleen jä totesi hämmästyksekseen, että kirjallisuuden mukaan tämä ei ollut mahdollista: koska hahmojen tlrnnistaminen tapxhtuu ennen binoklllaarista yhdistämistä, ei binokulaarista havaintoa voi syntyi kuvasta, jossa ei ole mitään selkeästi tlrnnistettavissa olevaa hxlrmoa. Ilmavalokuvat osoittivat kuitenkin selkeästi päinvasteista, jotenjulesz päätti tutkia asiaa kokeellisesti. Hänellä oli kiytössään tuohon aikaan vielä harvinainen kokeelli.sen tutkimuksen xpuväline, tietokone, jonka lvulla hän py.sryi tekemarn stereogralnn)in, joka koostui pelkisrä mustista ja valkoisista pistei.stä. Vastaavanlainen stereogrammi on esitetty kuvassa 6 vaikkakin tlssä txpxuksessa käyetäån sellryyden vuoksi pisteiden sijasta tavållista suurempia neliöitä. Kuvaan on aluksi tuotettu kaksi sarnenlaista, satunnxisesti siioittuneista rnustista ja valkoisista pistei.stä rnuodostunutta pistejoukkoa. Aluksi kumrnastakin kuvir.sta rxiataan neliömäinen :rlue (kuva 6a, o.soitettu paksulla viivalla kehystetyllä harmaalla alueella). Stereovaikutelman aikaansaamiseksi kumrnassakin puolikuvassa siirretäin valitulla alueella olevia pisteitä oikealle tai vasemmalle (kuva 6b). Samalla siirrettävän piste,oukon alta paljastuu ursia pisteitä (kuva 6b, merkitty vinoviivoituksella). Lopputuloksena on kaksi puolikuvaa, joissa monokulaarisesti näkyy vain mustia ja valkoisia pisteitä (kuva 6c), mutta joka binokulaarisesti nä,tt,ii cteenpäin nousevalta neliöltä. Koska kolmiulotteisuushaveinto syntyy myös tällaisesta kuvasta, on selvää, että stereonäkö ei perustu ob,ektien ja kokonaiskuvioiden tunnistukseen, vean eriivyys lasketaan suoraan kuvan pienistä rakenneosasis- Juleszin tulos oli erittäin mielenkiintoinen, mlltta siinä määrin vallitsevien oletusten vastainen, että hän ei saanut sitä julkaistuksi missään lehdessä. Niinpä hänen oli pakko julkxista artikkeli teknisiä rapoff eja sisältävässä Bell Systems Technical Journalissa r.tonna Vasta vuonna 1!61 Jr-rlesz julkaisi tuloksensa arvostetussa Journal of Optical Society of America Jehde.ssä, mutta vieläkin monet tutkijat epäilivät tuloksen todellisuutta. Esimerkiksi vuonna 1967 aikansa tunnetuin stereonäön tutkiia Kenneth Ogle kirloitti, etti Juleszin satunnaispistestereogrammit eivät voi olla räysin vailla objektin kokonaismuodosta synryneirä ääriviivoja, vaan että nämä viivat näk).vät kuvissa ärsykkeiden tuottamisessa syntyneistä virheistä jol.rtuen (Ogle & waketield 1967). Alkuvaikeuk.sista huolimatta satunnaispi.stestereogrammit vakiintuivat tutkimusvälineeksi ja käsitys stereonäön toimintaperiaatteista muuttui selvästi 0ulesz 1971). Samalla kuitenkin törmäuiin moniin uusiin ongehniin, joista eräs monimutkaisimpia on vr. tinpi.steongelma (correspondence problem). Ennen satunnaispistestereogrxmmeja toisiaan vastaavieh kohteiden löytäminen vesern-,tran ja oikean silmän välittämästä näkymästi ei luntunut kovinkaan ongelmalliselta, sillä kohteiden tuttlla muotoa oli mahdollista kiyttää sovitr.lsperi]atteena. Toisin :iänoen, niköaisti etsi vain 299

8 art iltl:t lii a. b. c. Kuva 6. Satunnaispistestereogrammi. oikean silmän näkymästä samat kasvot, tuolit ja kukkaruukut, iotka olivat vasemman silmän näkymässä, ia yhdisri nämä keskenään. Sarunnaispistestereogrammissa sen sijaan on valtava määrä samanlaisia pisteit_:i, joten sovitusongelma muuttui monta kertaluokkaa vaikeammaksi (ulesz & Sp! vack 1967). Kuva 7 esittää vastinpisteongelmaa tilanreessa, jossa havaitsijan edessä on suora mustisra palloista koostuva taso. Koska kaikki verkkokalvokuvar ovat samanlaisia, ei stereojäriestelmä voi olla var_ ma, mikä vasemrrun silmän verkkokalvolla oleva kuva pitäisi sovittaa kunkin oikean silmän verkko_ kalvokuvan kanssa. Havaitsijan edessä olevat valkoiset ympyrär kuvaavar vaihroehtoisia kolmiulorteisuustulkinroja, jotka ovat mahdollisia näiden verkkokalvokuvien pohjalta. Kyseisessä tilanree-ssa on siis mahdollista nähd:i pairsi musu palloisra koostuva taso, myös monissa eri paikoissa havaitsijan edessä olevia palloja. Vastinpisteongelma on niin monimutkainen, että sen ratkaisemiseksi stereojäriestelmän täytn. tehdä olenamuksia havaintomaailman todennäköisestä rakenteesta. Jos stereonäkö karsii teoriassa mahdolliset, mutta käy'tännössä epätodennäköiset vaihtoehdot pois, helpottuu prosessointi 300 PSYKOLOGTA

9 ,.;; ii,tsi:iii trvxt, ettri ihmisen kaltaiseer] suorituskykyyn ei ole mahdollista päästä. Ilnreisesti siis txrvitäan vielä uu.sia oletr:ksia, joiden arulla slereotietojenkäsittelyä voidean tehostaa. Eräiit uudet ideat ovatkin osoittautuneet lupaaviksi, mutta niiden hyr,äk.syminen niikötutkirnuk.sen piirissä on ollut hidasta. Jotta näiden uusien ideoiden rnerkitys selviäisi, täytly palatx I)istoriassa t:raksepäin, aina I 400-luvr.rn krppupuolelle saakka. Puoliksi peittyneitä alueita Kuva 7. Vastinpisteongelma. selvästi. Toinen kysymys tietenkin on, minkälaisia olettamuksia pitäisi tel-rdä. Voidaan esimerkiksi olettaa, että pisteet muodostavat todennäköisemmin tasaisen kuin epätasaisen pinnan. Stereoiärje.stelmä päätyisi siis epäjatkuvuustulkintaan ainoastaan sellaisessa tilanteessa, jossa tällaisen tulkinnar] todennäköislt/s ylittäisi tietyn kynnyksen. Nluissa tapauksissa suosittaisiin stereosovituksix, jotka tu()rrxvar mahdollisimman vähin kolmiulotteisuuseroja sisältävän pinnan. Toinen mahdollinen oletus on se, että näkym:in suurikokoiset yksityiskohdat6, kuten pallorivin reunat, soviletaan ensin. Koska sur"rrempia yksityiskcll.rtia on rodennäköise.sti vähemm:in, pitäisi sovitu.songelrnankin olla helpompi. Timän lälkeen pienet yksityiskohdat, joita on näkymis.sä paljon enemlnän, on myös helpompi sovittaa, koska voidaan olettaa, etti rnahdolliset kolmiulotteisuussiiainnit sijoittuvat suurien yksityiskohtien rnäärirtelemien pintojen sisälle. Edellä esitetyt vastinpisteongelman ratkai.sut toirnivat luultavasti osana stereonätin sovitusiiriestelmiai, rnutta niiden pohjxlta tehclyt mallit osoit- Leonardo da Vinci pohti 1400-luvun loppupuolelh miralelrksen teoriaa ja pyrki Iajytämään menetelmiä, joiden 'lvulla voisi tehdä täysin luonnollisen näkymän kalraisen maalauksen. Jossain vaiheessa hän kuitenkin kirjoirti muistikirjaansa, etti tärnä ei ole mahdollista: ''On mahdotonta, että kuva, jossa täydelliset ääriviivat, valot, varjot ja väri voisivat näyttää täysin samalta kuin luonnollinen objekti, paitsi sellaisessa tapauksessa, että luonnollista objektia katsotaan kaukaa vain yhtä silmää käyttäen. Tämä on mahdollista todistaa seuraavasti: oletetaän, että silmät ovat,,1 ja B [ks. kuva 8l jotka katsovat objektissa Colevaa pisrerrä O. Silmän keskiakselist:r sivussa olevat alueet [silmän verkkokalvolla] näkevät objektin takana olevan alueen GD, jr silmä,4 näkee alueen FD ja silmä B näkee alueen GE. Tdten kaksi silmää näkee objektin taakse ja näkökenttä kattaa koko alueen.fe. Läpinäkyqyden määritelmän perusteella objekti C on läpinäkyvä, koska kaikki takana olevat alueet näkyvät. Näin ei tapahdu henkilölle, joka tarkastelee oblektia yhdellä silmällä..,tämän perusteella on mahdollista päätyä johtopäätökseen, jonka mukaen rnaalauksessa objekti peittiä aina taustansa kokonaisuudessaan ja ei ole mitenkään mxhdollistx nihdä mitään taustan osaa, joka olisi objekti tekana..." (da Vinci 14U0-1510; Kernp 19t]9']). Leonardo siis viitt:.iä, että monien lipinäkyrnättömien objektien pitäisi olla läpinikyviä, koska näemme niiden tuustan kokonaislrlldessexn je ettii timä liirtly jollakin tavalla siihen kolmiulotteisen havlitsemisen osaan, jota ei voi toleuttaa tesossa olevassa rnaalauksessa. Tämän pol.rjalta keskeiseksi ongelmakysymykseksi nou.see se, kuinka stereonäön järjestelmät kykenevät luonnollisessa havainrornaailmassr erottarnaan lipinäkyvät ia 301

10 sti!<l:c:lit DG Kuva 8. Leonardon paradoksi. läpinäkymärrömär obiekrir toisisraan. Ratkaisu on esitetty kuvassa 9, jossa l,eonardon paradoksi on muunnettu hiukan erilaiseen muotoon. Kuvassa korostetaan erityisesti Leonardon paradoksin sitä olennaista osaa, että vaikka tausta on kokonaisuudessaan kahden silmän nähävissä, osa tausksta näkly ainoastaan toiseen silmään eli kuvaan iää monokulaarisia katvealueita. Nämä obiektien taake synr),vät osittai et peirtyneislydet viittaavat siihen, että läpinäkylyyden ia läpinäkymäftömlyden on_ gelma on mahdollista ratkaisra: ios objektin takana on ainoastaan toiseen silmään näk,.viä monokulaarisia alueita, on esine läpinäkymätön. Jos. läpinäkywys ia läpinäkymärrömlys pirää erotella monokulaaristen katvealueiden avulla, on todennäköisrä, etu stereonäön tietoienkäsittelyssä on tähän asiaan erikoistunut prosessi. Tämän prosessin piuisi pysryä yhdisrämään binokulaarislen ia monokulaaristen alueiden mosa _ iikki yhrenäiseksi havaintokokemukseksi kuvan 9 kaltaisissa tilanteissa, jossa binokulaarinen taso B-,, peittää tasoa Buu,,, siren, että Eron Bru,., kummallekin puolelle iää ainoaslaan roiseen Jii_ mään näk),vä puolipeirryn,,r katvealue (half-occlu_ sion; m,^.. ja m.u".). Stereonäön tutkimustuloksista ei löydy kovinkaan paljon puolipeittyneisyvsprosessoinriin liirr),viä löydöksiä, sillä sereonäkö_ tutkimus on edenny.t 1990-luvun alkuun saakka ikään kuin puolipeittyneislyksiii ei olisi olemassa_ kean. Joidenkin kirioi[ajien mukaan rämä on keskeinen slj. siihen. että stereonäön toiminnastrr tehdyt mallit ovat toimineet huonosti (Nakayama & Shimojo 1990; Anderson & N^kayama lg94). Puolipeittyneislyksien olemassaolo havaintomaa_ ilmassa ei tierenkään vielä takaa sitä, errä niirä myös hyödynnettäisiin stereonäön toiminnassa. Tutkimuksissa on kuitenkin löydetty viitreitä siirä, että puolipeirryneislydet huomioidaan stereorie_ toienkäsitrelyssä. Gillam ja Borsting (1988) havait_ sivat, että satunnaispistestereogrammissa, joka si_ sältää kolmiulotreisen epäiatkuwuden kuvan! tapaan, puolipeittyneen alueen poistaminen hi_ dastaa sensorisesta yhdistämisestä kolmiulotteiseen havaintoon kuluvaa aikaa. Stereopsis pyst,1, siis prosessoimaan kolmiulotteisu.rde., nopla-_ min, jos kolmiulotteisuusepäjatkuvuuteen sisälrly monokulaarinen puolipeittyn),t alue. Shimojo ia Nakayama (1990) puolestaan tutki_ vat binokulaarisen kilpailun voimakkuutta. Ste_ reogrammiin siioitettu monokulaarinen alue on yleensä voimakkaasti kilpailevä, koska sille ei ole vastinparia toisessa silmässä. Tutkimuksissa oli kuitenkin havaittu, errä kilpailu oli heikompaa silloin kun stereogrammissa oli vierekkäin bino_ kulaarisia ja monokulaarisia alueita. Shimojo ja Nakayama päärrivär selviuää, johruvatko binoku_ laarisen kilpailun voimakkuudessa havairul erot binokulaaristen ja monokulaaristen alueiden n-ro_ rovaikutuksesta vai binokulaaristen ia puolipeitty_ neiksi tulkittujen monokulaaristen alueiden worovaikutuksesra. Kokeissa he sijoitrivar joko va- \\ oik"" silniin nåikymä Kuva 9..Binoku laarinen taso ja monokulaarisia puotrpeittyneisyyksiä. B inoku laarinen ointä B.,i,.peittää täsoa B,.,..,,, jolloin kuvioiden valiiå laavat_ puolipeittynöät monokulaariset alueet m"-"n.1ä mo11."' 302 PSYKOtoclA,

11 *rri /<fucji r.sempaan tai oikeaan silmään näk)'viä monokulaarisia alueita binokulaarisen kuvion oikealle tai vasemmalle puolelle. Jos monokulaarinen alue oli paikassa, jossa se oli mahdollista tulkita puolipeittyneisyydeksi, oli kilpailu vähäistä eli monokulaarinen alue näkyi lähes koko ajan. Puolipeittyne! sl,ystulkinnan mahdollistavia monokulaarisia alueita on havainnollistettu kuvassa 9. Jos binokulaarisen taustan B,",.o edessa on binokulaarinen kuuio B*u,,o, voidaan kuvion vasemmalla puolella oleva, ainoastaan vasempaan silmään näk1vä alue m,^- tai kuvion oikealla puolella oleva, ainoastaan oikeaan silmään näkyvä alue m",*., tulkita puolipeittyneeksi. Vähinrään yhrä mielenkiintoinen Shimojon ja Nakayaman tulos oli se, että jos monokulaarinen alue oli paikassa, mikä ei mahdollistanut puolipeittyneisuustulkintaa, oli kilpailu voimakasta eli monokulaarista kuviota oli vaikeampi havaita. Tällaisessa tilanteessa ainoastaan oikeaan silmään näkyvä monokulaarinen alue sijoitetaan taustan eteen kohoavan binokulaarisen kuvion uasemmalle puolella tai ainoastaan vasempaan silmään näkyvä rnonokulaarinen alue sijoitetaan taustan eteen kohoavan binokulaarisen kuvion olkealle puolelle. Shimojon ja Nakayaman mukaan nämä tilanteet ovat ekologisesti invalideja eli koska näköaisti ei ollut aikaisemmin havaintomaailmassa törmännyt tällaiseen tilanteeseen, ei sitä myöskään koetilanteessa ollut mahdollista tulkita selkeästi. Edellinen koetilanne, jossa kilpailu oli vähäisempää, oli heidän mukaansa ekologisesti validi, koska näköaisti oli aikaisemmin kohdannut vastaavan tilanteen ja monokulaariset alueet oli mahdollista tulkita aikaisempien kokemusten perusteella puolipeittyneiksi. Koska kilpailu oli voimakkaampaa ekologisesti invalidissa tilanteessa kuin ekologisesti validissa, päättelivät Shimoio ja Nakayama, että että binokulaarisen kilpailun voimakkuudessa havaitut vaihtelut johtuivat nimenomaan siitä, että puolipeitfyneisyystulkinnan mahdollisuus vähentää kilpailua. Edellisten tulosten jälkeen Nakayama ja Shimoio tutkivat, voisiko puolipeittyneisltstieto vaikutrf,a myös ohjektien kolmiulotteiseen sijoitturnf.seen. Asian selvittämiseksi he mittasivat ihmisten kykyä arvioida monokulaaristen viivojen kolm! ulotteista sijaintia (Nakayama "t Shimojo 1990), Koskx objektin kolmiulotteisen sijainnin arvioiminen ilman kuvallisia tai stereoskooppisia vihieitä on erittäin vaikea tehtävä, oletettiin aikaisemmin, että tällaisessa tilanteessa monokulaariset objektit havaittaisiin yksinkenaisesti samassa tasossa lä- himmän binokulaarisen pinnan kanssa (Gogel 1956). Tämän xjattelutavan mukaan esimerkiksi stereogrammissa 10a keskellä olevan suorakaiteen oikealla ja vasemmalla puolella olevat ainoastaan toiseen.silmään näkyvät viivat nåhtäisiin kolmiulotteisesti samalla tasolla kuin suorakaide. Puoli. peittyneisyyksien huomioiminen mahdollisti kuitenkin uudenlaisen hypoteesin asettamisen: jos ekologisesti validi puolipeittyneisyystilanne kertoo kolmiulotteisesta epäiatkuvuudesta, eikö tämä tarjoa stereonäölle hyvän mahdollisuuden muodostaa peukalosääntöjä epäselvän tilanteen yksinkertaistamiseksi? Esimerkiksi stereogrammin 10a suorakaiteen vasemmalla puolella oleva monokulaarinen viiva voisi teoriassa olla missä tahansa silmän ja taustan välisellä akselilla kuten kuvan 10b kaaviokuva osoittaa. Jos havaintokokemuksen muodostamisen yhteydessä otetaan myös puolipeifiyneis]ystieto huomioon, on mahdollista vähentää monitulkintaisuutta ja samalla tehdä tarkempi arvio kolmiulotteisuudesta. Stereonäkö voi nimittäin olettaa, että tämä ainoastaan vasempaan silmään näkyvä viiva sijaitsee todennäköisesti siinä akselin osassa, joka on binokulaarisen tason Br,,*o vasemmalle puolelle jäävät1ä puolipeittyneellä katvealueella. Shimolon ja Nakayaman mukaan stereogrammissa 10a suorakaiteenoikealla puolella olevaa monokulaarista viivaa ei ole mahdollista tulkita puolipeittyneeksi, koska se on pinn/n oikealla puolella, mutta näkyy vasempaan silmään. Niinpä sitä ei pitäisi havaita binokulaarista tasoa kauempanl. Nakayaman ia Shimojon tulokset olivat asetettuien hypoteesien mukaisia. Jos monokulaarinen viiva oli ekologisesti validi, eli se sijaitsi paikassa, joka rnahdollisti puolipeittyneisuustulkinnan, se nähtiin kauempana kuin binokulaarinen taso eli näköaisti tulkitsi sen sijaitsevan katvealueella (Kuva 10b, harmaa alue). Jos monokulaarinen viiva sen sijaan oli ekologisesti invalidi, eli se sijaitsi paikassa, mikä ei mahdollistanut puolipeittyneisltstulkintaa, nähtiin monokulaarinen viiva samassa tasossa tai lähempänä kuin binokulaarinen pinta. Näköaisti siis ratkaisee monitulkintaisen näkymän jäsennysongelman hyödyntämälle olettamuksia pinnan puolipeittyneisyysrakenteesta. Nakayama ja Shimojo kutsuivxt ilmiötä nimellä da Vinci stereopsis.. ltse asiassa käytetyt puolipeittyneisyysoletta-,'mukset ovat monimutkaisempia kuin Shimojo ja Nakayama olettivat. Puolipeittyneisyydet kertovat nimittäin sekä jatkuluudesta että epä jatkuu.rudesta. Tämän voi havaita kuvasta 10c, missä binoku- 303

12 ari iltk*lit I L l a. B o,r.,, B ru"i,, Moookulaariset kirtvealuecr b. c. ä,xå1,r13;,iå;!å?ii ;iliå::o;!i,(') Binokulaarisen suorakaiteen oikeara. ia vasemmarra puotera on :til:ä,',i',:,$å[ååx,fl'#f$r*p']!'ii:1åiti#ll'uil":+,illii:l;-';:5i*1t,hffå1tt :ilntff ff fiiliå,",r!iff#i""1å,fftri,#å[$:iillå[:{:,aif[al"hr*_,#ti r,:t#ili; faarinel B*,r. näkyy pinnassa Bo,.,o olevasta aukosra. Ny,r pinnan Bn,," vasemmaliä puolella oleva, alnoastaan oikeaan silmään näkyvä monokulaari_ nen alue ei olekaan invalidi, vaan kenoo, että Bk,, o jatkuu edessä olevan puolipeittiivan alueen taiiäl na. Monitulkintainen monokulaarinen objekti on iälleen mahdollisra siioirtaa katvealueelle, mutta n,,t se a^seftuu samalle tasolle binokulaarisen pinnan I3.,,,,, kanssa, koska katvealue kenoo kvsei.sen tason iatkuvuudesta. Binokulaarisen uson'bk,,,.,,a monokulaarisen ob,ekrin suhde riippuu siis-l'ii'tii. tulkitaanko B,.",. puolipeirräjäksi vai puolipeitty_ neen pinnan osaksi. Niinpä pinnan 8u.,,, reunoja representoivan hermostollisen iärjesteiman tulisi suhtautua binokulaaristen ja monokulaaristen alu_ eiden jakaumaan eri Evalla riippuen siitä, missä tason B&,,,, tulkitaan kolmiulotteisesti siiaitse_ van. Mutta onko kuvien 10b ja 10c välillä todellista eroa? Itse asiassa kuvan 10c pinnan B*,." vasem_ man puolen binokulaarlmonokulaari _1äiiäuma on äysin samanlainen kuin kuvan 10b pinnan B*",, oikean puolen binokulaari-monokulaari _lakauää. Sama pätee kuvan 10b pinnan B*.,o vasempaån puoleen ja kuvan 10c pinnan oikeaän puoleen. Jo.s tilanteet ovat loppujen lopuksi samanlaisia, miksi ne pitäisi erotella toisistaan? perustelu tilanteiden erilliselle esittämiselle on se, että näin voidaan 304 PSYKOLOGTA 4_5/98

13 että se on välillä ärsykestereogrammin lähin objekti 1a v7l.t11ä ärsykkeen kauimmainen objekti (Häkkinen 1993; Häkkinen & Nyman 1996). Kokeiden tulokset tukivat ajatusta neuraalisten representaatioiden erilaisuudesta binokulaarisen tason ollessa puolipeittäje tai puolipeittynyt: jos binokulaarinen taso oli selvästi kuvion muita binokulaarisia objekteja lähempänä, sijoittui monokulaarinen obiekti katvealueolettamuksen mukaan binokulaarista tasoa kauemmas (vn. kuva 10b), kuten Nakayaman ja Shimojon alkuperäiskokeessa. Jos binokulaarinen objekti sen sijaan oli kuvion kauimmainen objekti, eli se määritteli kuvan taustan, sijoittui monokulaarinen obiekti todennäköisemmin samaan tasoon binokulaarisen objektin kanssa (vrt. kuva 10c). Olennaista on huomata, että iälkimmäisessä tilanteessa koeärsykkeessä ei ollut havaittavissa binokulaarista puolipeittävää pintaa. Koska monokulaarisen obiektin vieressä oleva binokulaarinen taso oli kuvan kauimmainen objekti, piti stereojärjestelmä todennäköisimpänä tulkintaa, ionka mukaan monokulaarinen alue on binokulaarisen alueen jatke,a että näitä lähempänä on s),11ä olettaa puolipeittävä pinta, vaikka sitä ei kuvassa näkyisikään. Koetuloksemme viittaavxt selvästi siihen, että muita binokulaarisia objekteia Iähempänä ja kauempana olevat objektit tulkitaan eri tavalla ja käsitellään erilaisissa neuraalisissa iäriestelmissä. Itse asiassa monissa stereonäön ilmiöissä on havaittu samantyryppisiä sy\ryysepäsyrnrnetdoita, mutta tulosten tulkinnoissa ei ole koskaan huomioitu puolipeittyneislysprosessoinnin mahdollisuutta (esim. Gregory & Harris 7974; Nakayama, Shimojo & Ramachandran 1990; Ramachandran.t Cavarrrrifu*eli r selkeästi erotelle pinnan Bk,, o hxhmottamiseen tarvittavien neuraalisten representaatioiden erilaisuus kahdessa erilxisessa tilanteessa. Rajaviivaa representoiva binokulaarimonokulaari -jakauma on erilainen riippuen siitä, onko kyseinen rajaviiva tulkittavissa osaksi peittävää ob,ektia vai peittyn),ttä obiektia. Tämä anallysi viittaa siihen, että monokulaarisen objektin kolmiulotteisuustulkinnan pi täisi riippua paitsi alkuperäsilmästä ja sijoittumisesu suhteessa binokulaariseen tasoon, myös siitä, tulkitaanko binokulaarinen ra javiiva puolipeittäjäksi vai puolipeittyneeksi. Jos p ittävä ja peitrynyt rajaviiva representoidaan eri tavalla näköjärlestelmässä, tulisi monokulaarisen objektin havaitun kolmiulotteisen si,ainnin muuftuua, kun sen vieressä olevan binokulaarisen tason kolmiulotteista siiaintia muutetaan. Tätä hypoteesia on tutkittu kokeilla, jossa binokulaarinen tason Bu., kolmiulotteista sijaintia muutetaan niin, " nagh 1985). Varhainen vai myöhäinen alkuperä? Minkälaiset prosessit sitten vastaavat puolipeittyneislystietojenkäsittelystä? Löytyvätkö olennaiset prosessit vsrhaisesta neuräalilaskennasta vai onko ilmiön perusta tietoienkäsittelyhierarkian korkeammilla tasoilla? Nämä kysymykset ovat vielä lopullisesti ratkaisematta, mutta tietlt tulokset viittaavat ilmiön varhaiseen alkuperään. Tärkeä tätä näkökantaa tukeva yksityiskohta on silmäisrystiedon merkittävyys puolipeitryneisyysprosessoinnissa. Jotta monokulaarisen objektin kolmiulottei nen siiainti pystyttäisiin määrittelemään, on välttämärönrä, errä riedetään, misä silmästä tiero on peräisin. Tutkimustulosten mukaan silmäisyystieto katoaa samalla kun vasemman ja oikean silmän näkymät yhdistetään primaarisella näköaivokuorella (Ohzawa, DeAngelis & Freeman 1996). Koska tieto alkuperäsilmäsb ei väliry pidemmälle, on todennäköistä, että puolipeittyneislysprosessointi tapahtuu juuri tässä vaiheessa (Nakayama & Shimoio 1990). Puolipei neisyyksien varhainen käsittely ei kuitenkaan ole yleisesti hyväksltty näkökulma. Eri yhteyksissä puolip ittyneislyksien selvittämistä on kutsuttu esimerkiksi "ei-stereoskooppiseksi prosessiksi" (Gillam, Blackbum & Cook 7995) tai "korkeammaksi prosessiksi" (Liu, Stevenson & Schor 1997). Vastakkaista näkökulmaa edustavien tutkijoiden argumentaatio perustuu siihen olettamukseen, että stereotietoienkäsittelyn määritelmän mukaan stereoprosessoinnissa etsitään vasemmasta ja oikeasta silmästä toisiaan vastaavat parit, minkä jälkeen niistä lasketaan eriävlys. Jos toisiaan vastaavien näkymän osien sovittaminen on olennainen osa stereojäriestelmää, on vaikea kuvitella, kuinka voidaan sovittaa,okin ja eimikään, kuten puolipeittyneislyksien yhteydessä pitäisi ilmeisesti oleuaa. Niinpä on heidän mukaansa epätodennäköistä, että tällaista sovittamista on olemassa. Ja ios puolipeittyneislysprosessointi ei ole varhaista stereosovitusta, sen täyrly olla tietoienkäsittelyn myöhäisempi prosessi. YIIättäen kiistan keskeiseksi osaksi palja.stuu siis käsite "stereoskooppinen sovitus", jokl tuntuu viiitjjvan klhden asian sovittxmiseen toistansa kanssa. Ongelman ratkaisemiseksi on siis,6elvitenävä, mitä sovittamisen aikana oikeastaan sovitetaan. Puol ipeittyneislystieto,enkäsittelyn neuraalinen perusta on silmäislystiedon merkittävlyden!,uok- 305

14 ariih/<tlit si todennäköisesti primaarisella näköaivokuorella. Siellä silmistä lähtöisin oleva näkörieto on iakautunut erillisiin tietojenkiisitrelyyinoihin, ioissa kiid_ tellään mm. viivoien orientaatiora, kontrasria, Iii_ keträ, väreiä ja srereoskooppisra eriä\yy.uä (Hubel & Viesel 7962; Ts'o & Roe 1995; van Essen & Deyoe 1995). Stereotieroienkäsirrely välittly orien_ taatiovalikoivien solujen kautta, iotka ovat valikoivasti herkkiä verkkokalvolla olevillle viivama! sille hahmoille. Solut reagoivat eniten reunoiltaan sumealle viivalle, jonka kirkkausjakaumaa voidaan kuvata esimerkiksi sinin ja Gaussin yhdistelmällä, Gabor-funktiolla (Marcelja 1980). Sitä aluetta, iolle tierry hermosolu on valikoivasti herkkä, kutsutaan kyseisen solun reseptiiviseksi kentäksi. Reseptiivinen kenttä tai sen osa voi vaikuttaa hermosoluun hermosolun aktivaatiota lisäävästi, iolloin se on ärs),ttävä (excitzrory) alue. Jokin alue voi puolestaan vaikuttaa hermosolun akdvaatiota vähenrävästi, jolloin kyseessä on hermosolua eh_ käisevä (inhibitory) alue. Kuvassa 11a on kuvatru kaksi pirkulaista reseptiivistä kenttää, lotka koostuvat keskellä olevasta ärsyttävästä osasta ia reunoilla olevista ehkäisevistä osista (pisteviivoitetut soikiot). Kuvassa 11a esitetiiän myös halkileikkaus kummankin reseptiivisen kentän herkkyyden vaih_ telusta erillisten käyrien alr:[a. Funktioiden kor_ keammat osat kuvaava! suurempaa herksryttzi ia matalamrut osat alhaisempaa herkkyltta. Näma resepriiviset kentät aktivoituvat siis voimakkaim_ min, jos reseptiivisen kentän keskelle osuu pystysuora viivamainen hahmo. Kuvan 11 binokulaarinen hermosolu esittää samalla binokulaarisen stereokoodauksen alkuvaihetta. Kyseisen binokulaarisen solun reseptiivi_ set kentät ovat samassa paikassa oikean ia vasemman silmän verkkokalvolla, mutta reseptiivisten kenrrien muoto on hiukan erilainen "ii oik"r., silmän reseptiivisen kenän huippukohta on hiukan enemmän oikealla verrattuna vasemman silmän reseptiiviseen kenttään. Tällaisk eroavuutta kutsutaan reseptiivisten kenttien vaihe-eroksi. Kyseinen hermosolu reagoi siis voimakkaimmin viivaan, ioka osuu hiukan eri paikkoihin oikean ja vasemrlan silmän verkkokalvoilla. Stereoprosessointiin osallistuvat primaarisen näköaivokuoren yksinkenaiser (simple cell) ja monimutkaiset solut (complex cell). Tarkkaa stereoprosessoinnin ryönjakoa näiden solujen välillä ei tiedeu, mutta eräiden oletusten mukaan vksin_ kenaiset solut suorittavat eriäryyden alkukoodauksen siten, että eriävlys on sidonnainen tiettlyn verkkokalvon paikkaan. Tämän jälkeen monimut_ kaiset solut osallistuvat vastinpisteongelman rat_ kaisemiseen ja verkkokalvopaikasta riippumattoman kolmiulotteisuuden representoimiseen (De_ Angelis, Ohzawa & Freeman 7995; Ohzawa ym. 7996; Obzawa, DeAngelis & Freeman 1997). Koska stereoprosessoinnin hermostollinen rakenne ei täysin ole tiedossa ia koska solutyyppejä ia reseptiivisiä kenniä voi olla monenlaisia, käyretään kuvassa 11 soikiota symbolina, ioka kuvaa yleisesti reseptiivistä kenttää tai reseptiivisten kenttien ioukkoa. Kuvassa 1La esitetty binokulaarinen yhdistäminen ja stereoprosessointi on siis mahdol_ lista kuvata kuvan l1b osoittamalla tavalla, jossa binokulaarisen solun Bu reseptiiviset kentät V ja O ulottuvat vasernman ia oikean silmän verkkokalvoille. Alaindeksi k viittaa korrelaatioon, koska stereoskooppinen yhdistämisprosessi voidaan aja_ tella eräänlaisena vasemman ja oikean näkymän korreloimisena. Korrelaatio on mukana myös kuvien 11c-11d reseptiivistenkenttienyhdistelmis_ sä, mutta näihin kaavakuviin on lisätty myös puo_ lipeittyneislyksiin reagoiva mekanismi (harmaat nuolet). Siinä missä stereoeriä!'ys on korrelaatiolaskentaa, on puolipeitryneisyyksien havaitsemisen kannalta olennaista, että kyetiiän löyt imään alueet iotka eivät koreloi keskenään eli dekorre_ laatiot. Niinpä korrelaatiomekanismin Bu oikealle ja vasemmalle puolelle on lisäny alaindeksillä d varustetut dekorrelaatiomekanismit. Kuvan l1c resepriivisten kenttien yhdistelmä reagoi parhaiten ärsykkeeseen, jossa binokulaarisen korrelaation Bn vasemmalla puolella on ainoastaan vasempaan silmään näkyvä dekorreloiva alue \ ialtai jonka oikealla puolella on ainoasraan oikeaan silmåän näkyvä dekorreloiva alue Oo. Tämän reseptiivisen kenlän aktivoisi parhaitei-r raiaviiva, joka puolipeittää kauempana olevaa taus_ taa, kuten kuvan 10b pinnan Bk,*o reunat ia ionka vieressä oikealla puotella olisi oikeaan silmään näk1vä monokulaarinen alue tai vasemmalla puolella vasempaan silmiiän näk,,vä monokulaarinen alue. Kuvan 11d reseptiivisten kenrtien yhdistelmä puolestaan reagoi parhaiten ärsykkeeseen, iossa binokulaarisen korrelaation Br vasemmalla puolel. la on ainoastaan oikeaan silmään näkyvä dekorreloiva alue Od ia/tai jonka oikealla puolella on ainoastaan vasempaan silmään näkyvä dekorreloiva alue Vo. Tämän reseptiivisen kentän aktivoisi parhaiten lanne, iossa representoitava rajaviiva olisi osa puolipeiftynyttä binokulaarista pintaa (kuva 10c) eli pinnan B*,, o vieressä vasemmalla puolella olisi oikeaan silmään näk).ve monokulaarinen alue tai oikealla puolella vasempaan silmään näk),vä 306 PSYKOLOGTA

15 artikkclir a. \ ä t \ tr N,/.\ hilt \! U 0 t9 0 b. c. d. Kuva 1 l. Stereoskooppisen eriävyyden ja puolipeittyn3isyyksien hermostollinen perusta. monokulaarinen alue. mahdollista todentaa jo varhaisessa stereoproses- Puotipeitryneisyyksien huomioiminen on siis soinnissa verraten yksinkertaisella korrelaatio-de- 307

16 tri iltl;c lil korrelaatio -ra,oja rekisteröivän järjestelmän at,ulla. Esitetty malli on varsin yleinen koska se ei ota tarkasri kanraa jär,estelrnään osallistuvien hep{iosolujen työnjakoon. Lisäksi pirää muisraa, eträ vaikka monet psykofysiikan tulokser rukevat puolipelttyneis)rysprosessoinnin olemassaoloa, on tässä esiterry järjestelmä hypoteettinen, eli ällaisen neuraalisen järjestelmän olemassaolosta ei ole suoria todisteita. Puolipeittyneisyydet muiden stereonäön ilmiöiden selittäjinä Kaikkein mielenkiintoisimmat mahdollisuudet puolipeiuyneislysrietoienkäsirtely avaa muiden stereonäön ilmiöiden selittäjänä. Esimerkiksi ste_ reonäön vastinpisteongelma yksinkenaistuu sel_ västi, mikäli sovirusiärjestelmä huomioi, errä kaik_ kia pisteitä ei välttämättä tarvitse sovittaa, ios ne voidaan tulkita puolipeittyneiksi. Lisäksi on mahdollista todeta, että iotkut pisteet on pakko sovir taa, ios niitä ei monokulaarisina olisi mahdollista tulkita puolipeirryneeksi (Anderson & Nakayama 7994). Myös monimutkaisemmar kolmiulotteisen jäsentymisen ongelmat selki),rfiät puolipeittynei_ syyksienawlla. Esimerkiksikolmiulotreisen kallistuneisuuden havaitsemiseen liitty.vät klassiset on_ gelmat, jotka liirr),vät näennäisen selittämättömiin eroihin erilaisten kuvioiden havaitsemisnopeu_ dessa ja -tarkkuudessa (Ogle 1950; Gillam ym. 1988) on mahdollisra selittää yksinkertaisen puoli_ peittyneisyysrierojenkäsittelyn ominaisuuksiksi (Häkkinen & Nymzn l99j). Samaten monimurkai_ sissa stereoiäsentymisen ilmiöissä, kuten nk. ste_ reosieppauksessa (stereoscopic capture), havaitut piirteer on mahdollisra selirtää puolipeirryneislysprosessoinnin tuloksilla (Häkkinen, Liinasuo & Kojo 7SJ; Häkkinen, Liinasuo, Kojo & Nyman 1998; Ramachandran & Cavanagh 19g5). Puolipeinyneisyyksien avulla tapahruvassa kolmiulotteisen havaitsemisen selittämisessä on kaksi tärkeää piirreträ. Ensinnäkin, elirettä\,ien ilmiöi_ den oletettu prosessointitaso puroaa tietoienkäsir_ tell,hierarkiassa alaspäin eli monimurkaisina pide_ tyt ilmiöt nä),ttävät selinl,vän varhaisten mekanismien toiminnalla. Toiseksi, rietoienkäsittelyn kannalta olennaisten ärsykeulottuvuuksien määritel_ mät muuttuvat. Havaintopsykologiassa käytettäviä ärsykeulottur,uuksia ei kovinkaan usein kvseen_ alaisteu vaan ärsykkeet ja niitä käsittelevät prosessit oletetaan usein selkeästi toisistaan eroteltavissa oleviksi ryhmiksi. On esimerkiksi vaakasuuntaista etiäv]j:'i.tij käsir(elevät prosessit ja roisaalm vaikka_ pa peirtyneisltträ, liikerrä rai perspektiiviä käsitre_ levät prosessit, iotka toimivat itsenäisesti ja vuorovaikuttavat vasta jossakin myöhemmässä vaihees_ sa. Puolipeirtyneisyysriero,enkäsirrelyä ei kuiren_ kaan ole mahdollista hahmottaa selvästi, ellei vaakasuuntaisen eriävyyden ja peittyneislyden käsirreirä osittain yhdisteu. Vasta yhdistetyn eriäqys/peittyneisyys -käsitteen awlla kyerään muodostamaan mielekkäitä hypoteeseja ja tutkimus_ asetelmia,,otka kertovat iotakin uutta näkö,är,es_ telmän toiminnasta. Vaikka ärsykeulottuvuuksia kyseenalaistamalla on mahdollista saada mielenkiintoisia tuloksia, on selvää, että näköriedon käsiltelyssä ei ole mahdol_ lista löytää yksiträisiä kaikenkattavia selityksiä. Ei esimerkiksi ole todennäköistä, ertä srereoskooppi_ nen kolmiulotteisuuden prosessointi olisi pelkästään yhden tai kahden varhaisen prosessin tuotos. Stereoskooppista kolmiulotteisuutta, kuten myös muia näköriedon piirreirä, käsittelee todennäköi_ sesti erillisten, vaikkakin osirrain päällekkäisren prosessien joukko. Tällaisessa iärjesrelmässä ku_ kin prosessi ottaa vastaan ainoastaan rajallisesti informaatioita ia tarkastelee kolmiulotteisuustietoa ainoastaanyhdestä raioitetusta näkökulmasta. Kun kukin prosessi käsittelee tietoa hiukan erilaisista lähtökohdisra, pystly näiden prosessien joukko kattamaan näkötiedon vapausasteet mahdollisimman hyvin. Erillisistä prosesseista koostuvan iäriestelmän etuna on suuri sopeutur,r-rus erilaisiin ärsykeympäristöihin sekä kyky roimia vaikka osa jä;- iestelmistä olisi vaurioitunut. Stereosysteemi on siis luultavasri paikallisesti älykkäiden ja yksinkertaisten prosessien joukko, jotka yhdessä muodos_ tavat rchokkaan ia monipuolisen toimintayksikön, joka kokonaisuutena prosessoi kolmiulotteisen havaintokokemuksemme. Viitteet 1. Tutkiiat c-rvat pyrkineet löy1ämään systemaa isia suhteita silmicn si;ainnin ia eliön laiinkehiryksen. elinvm. pärisrön tai käyrtäfymis(n våtill:i. On csimerk'iksi esi(ett), että binokul:rarisuus on kehinvnecmdäa salrlislaiilla kuin saaliina olevilla elaimilil. SaÅotn on pyritrv osoirramaan yhref Li kaien käytön kehitlymi_ scn ta hinokulaarisuuden kehirryrnisen välill(. VaikkJ saahsraiilla on usein laajempi binokulaarinen näki, kennä kuin saaliseläimillä ia näkökenrjn binokulaariser alueer Iiifl]'väl eliön toiminnan kannalta Urkei_ sirn Iähiympärisrön alueisiin, t<aitf.ii,n ranaufriiii, pätevij yleisi, lainalaisuuksia ei ole voilu'osoitra.r (Locker 1977; Husl)es 1977). 2. Etäislyden hahmärtaminen perusruu myös muihin lihieisiin. Esimerkiksi pystysiroria binokulaarisia err a!ryyksr.r. vaakasuunra istcn eriä\.!aksien kokonaisj.r 3oB psykolocta