Ihminen havaitsijana: Luento 1

Transkriptio

1 Ihminen havaitsijana: Luento 1 Jukka Häkkinen ME-C Keväti

2 Aikataulu Luento 1: Johdatus havaintopsykologiaan Luento 2: Psykofysiikka Luento 3: Kokeellinen psykologia 1.2. Luento 4: Verkkokalvo 8.2. Luento 5: Näön perusprosesseja TENTTIVIIKKO Luento 6: Kontrastiherkkyys. Pintojen ja muotojen hahmottaminen 22.2 Luento 7: Visuaalinen tarkkaavaisuus ja silmänliikkeet 1.3. Luento 8: Värit 8.3. Luento 9: Kuuloaisti Luento 10: Kuuloaisti Luento 11: Kolmiulotteisuuden havaitseminen Luento 12: Tuntoaisti 2

3 Kurssikirja Kurssikirjana Blake & Sekuler: Perception Mikä tahansa versio käy Kirja on oheislukemisto, eli sitä ei vaadita tenttiin. Jos et pääse kaikille luennoille, sieltä voi kerrata. Myös blogiani voi vilkaista, vaikka ei kyllä ole mikään oheislukemisto: jukkahakkinen.com SUOSITTELEN KUITENKIN LUENNOLLA KÄYMISTÄ 3

4 Kurssilla opiskelusta Laitan luennot verkkoon ennen luentoa. Viime vuoden luennot ovat siellä jo valmiina, uuden setin erotat kansisivun vuosiluvusta 2017 Luennoilla kannattaa käydä! Tehkää muistiinpanoja. Kysykää! Kurssipalautetta: En käynyt luennoilla, ja en pystynyt lukemaan kalvojen avulla tenttiin Voisiko luennoitsija kirjoittaa luentojen sisällöt tekstinä Tenttejä oli liian vähän Jos et juurikaan pääse luennoille, harkitse kannattaako kurssia lähteä suorittamaan! 4

5 Kurssin keskeisiä teemoja 1. Havaintoilmiöitä voidaan tarkastella monella tasolla 2. Havaitsemisen tavoitteet ilmenevät sisäisissä malleissa 3. Sisäiset mallit auttavat selviämään tietotulvassa 4. Näköaistin tietojenkäsittelyhierarkia etenee konkreettisesta abstraktimpaan 5

6 Ilmiöiden ymmärtämisen tasot 6

7 Havaintoilmiöiden ymmärtämisen tasot Havaitseminen on pohjimmiltaan biologinen prosessi, mutta sitä on vaikea ymmärtää ilman kognitiivisen tason ilmiöiden ymmärtämistä Laatikkomalli on yksinkertaistava, useimmat teoriat ovat yhdistelmiä Kognitiivinen taso Laskennallinen taso Neuraalinen taso 7

8 Havaintoilmiöiden ymmärtämisen tasot Havaitseminen on pohjimmiltaan biologinen prosessi, mutta sitä on vaikea ymmärtää ilman kognitiivisen tason ilmiöiden ymmärtämistä Laatikkomalli on yksinkertaistava, useimmat teoriat ovat yhdistelmiä Kognitiivinen taso Laskennallinen taso Neuraalinen taso 8

9 Kognitiivinen taso: Ilmiön kuvaus Gaetano Kanizsa (1955) Kanizsan kuvio Kuvio voi määrittyä epäsuorasti ilman fysikaalisia ääriviivoja Kolmio määrittyy ääriviivojen avulla Kolmio määrittyy muiden kuvioiden kautta 9

10 Tukisuhde Kun fysikaalisen ääriviivan pituus lyhenee, illuusion voimakkuus heikkenee Shipley, T. & Kellman, P. (1992) Strength of visual interpolation depends on the ratio of physically specified to total edge length. Perception & Psychophysics 52,

11 Tukisuhde Tukisuhde = fysikaalisen rajaviivan pituus fysikaalisen pituus + illusorisen pituus Halko, M.A., Mingolla, E. & Somers, D. (2008). Multiple mechanisms of illusory contour perception. Journal of Vision 8(11)

12 Tukisuhde ja liikenopeus Chomping pacman -illuusio Koehenkilö säätää pacmanin suun kokoa = tukisuhdetta Koehenkilö tarkkailee ärsykekuvaa. Eri kuvissa erilainen tukisuhteen koko ja nopeus. Halko, M.A., Mingolla, E. & Somers, D. (2008). Multiple mechanisms of illusory contour perception. Journal of Vision 8(11)

13 Tukisuhteen tutkiminen: Chomping pacman Illuusion voimakkuus = Staattisen kuvan tukisuhde Liikkuvan kuvan tukisuhde Illuusio on voimakkaampi Nopeus Halko, M.A., Mingolla, E. & Somers, D. (2008). Multiple mechanisms of illusory contour perception. Journal of Vision 8(11)

14 Havaintoilmiöiden ymmärtämisen tasot Havaitseminen on pohjimmiltaan biologinen prosessi, mutta sitä on vaikea ymmärtää ilman kognitiivisen tason ilmiöiden ymmärtämistä Laatikkomalli on yksinkertaistava, useimmat teoriat ovat yhdistelmiä Kognitiivinen taso Laskennallinen taso Neuraalinen taso 14

15 Neuraalinen taso Kognitiivisen tason tutkimus ohjaa neurotiedettä: Makaki-apinan näköaivokuoren solujen aktivoituminen R von der Heydt, E Peterhans, and G Baumgartner (1984) Illusory contours and cortical neuron responses. Science 224,

16 Neuraalinen taso KT= Kanisa triangle KS = Kanizsa square NS = non-kanizsa square NT = non-kanizsa triangle F. Kruggel, C. S. Herrmann, C. J. Wiggins, and D. Y. von Cramon (2001) Hemodynamic and Electroencephalographic Responses to Illusory Figures: Recording of the Evoked Potentials during Functional MRI. NeuroImage 14,

17 Havaintoilmiöiden ymmärtämisen tasot Havaitseminen on pohjimmiltaan biologinen prosessi, mutta sitä on vaikea ymmärtää ilman kognitiivisen tason ilmiöiden ymmärtämistä Laatikkomalli on yksinkertaistava, useimmat teoriat ovat yhdistelmiä Kognitiivinen taso Laskennallinen taso Neuraalinen taso 17

18 Laskennallisten mallien rakentaminen Cao, Y. & Grossberg, S. (2012) Stereopsis and 3D surface perception by spiking neurons in laminar cortical circuits: A method for converting neural rate models into spiking models. Neural Networks 26,

19 Mistä tieteenalasta on kysymys? Psykologia Kognitiotiede Neurotiede Aivotutkimus Neurologia Lääketiede Biologia Näkötutkimus = vision science, vision research Poikkitieteellinen, monimenetelmäinen tutkimusalue, joka tutkii näköhavainnon ominaisuuksia 19

20 Havaitsemisen tavoitteet ilmenevät sisäisissä malleissa 20

21 Sisäinen malli eli representaatio Havaitsemisen edellytyksenä on jonkinlainen sisäinen malli todellisuudesta Kenneth Craik (1943): If the organism carries a small-scale model of external reality and of its own possible actions within its head, it is able to try out various alternatives, conclude which is the best of them, react to future situations before they arise, utilize the knowledge of past events in dealing with the present and future, and in every way to react in a much fuller, safer, and more competent manner to the the emergencies which face it. 21

22 Australialainen jalokuoriainen Muistiinpanoja esityksistä 22

23 Sisäinen malli ja todellisuuden hyödyntäminen Jalokuoriaisella on sisäinen malli olennaisesta informaatiosta, kuten kumppanin löytämisestä Sisäisen mallin avulla aistimme ovat käyttöliittymä todellisuuteen. Käyttöliittymän tarkoituksena on edistää selviytymistä. Tehtäviä: Etsi ruokaa Etsi suojaa Vältä saalistajat Löydä parittelukumppani ja jatkaa sukua Aistimme muodostama käyttöliittymä hyödyntää sisäisen mallin sisältämää tietoa Aistimme muodostama käyttöliittymä täydentää sisäistä mallia 23

24 Sisäisen malli auttaa selviämään tietotulvasta Ulkomaailmasta tuleva informaation määrä on suuri Mahdollisten näkymien ja tilanteiden määrä on suuri Kuinka selvitä tästä ja säilyttää kyky toimia? Maailma ei ole satunnainen, joten voidaan hyödyntää tietoa sen rakenteesta Tietyt asiat esiintyvät aina yhdessä Tietyt asiat esiintyvät harvoin yhdessä Tietyt asiat ovat yleensä jossakin tilassa ja harvoin jossain toisessa tilassa Tietoa hyödynnetään tekemällä olettamuksia ja käyttämällä yksinkertaistavia peukalosääntöjä Sisäinen malli ei ole maailman kopio vaan sinne tallentuu vain olennainen tieto 24

25 Shape from shading eli varjomuoto Ramachandran (1985); van Fieandt (1935) 25

26 Sisäinen malli: kaksi olettamusta 26

27 Sisäinen malli: kaksi olettamusta 1. Valo tulee ylhäältä 2. Valolähteitä on yksi 27

28 Pyrkimys yksikäsitteiseen tulkintaan 28

29 Suojavärit 29

30 Sisäinen malli auttaa yksinkertaistamaan laskentaa Näköjärjestelmän keskeinen tehtävä on selvittää ulkomaailman ominaisuudet Vaikka tietoa tulee paljon, ovat laskennalliset haasteet suuria Esimerkki: Minkä muotoisesta ja kokoisesta esineestä silmään heijastuva kuva on peräisin? 30

31 Müller-Lyer-illuusio 31

32 Müller-Lyer-illuusio 32

33 Müller-Lyer-illuusio Yksinkertainen viivakuva tulkitaan oletusten pohjalta perspektiivikuvaksi 33

34 Ponzo-illuusio 34

35 Ponzo-illuusio 35

36 Ponzo-illuusio 36

37 Magneettinen liike Best Illusion of the year contest 2010, First prize: Koukichi Sugihara (Meiji Institute for Advanced Study of Mathematical Sciences, Japan) Impossible motion: magnet-like slopes 37

38 Sisäiset mallit voivat olla näköaistin hierarkian eri tasoilla 38

39 Näön tietojenkäsittelyhierarkia 500 millisekuntia Emotionaalinen merkitys Muistot lapsuudesta Henkilökohtainen historia Minun vanha jalkapalloni! Semantiikka Jalkapallo Objektien tunnistaminen Pallo Muodon havaitseminen Pyöreä Salienssikartta Ääriviivat, värit, 3D, Liike 1 millisekuntia 39

40 Yhteenveto Näköaistia voidaan eri menetelmin tutkia eri tietojenkäsittelyn tasoilla Tutkimusaluetta kutsutaan näkötutkimukseksi Havaitseminen on käyttöliittymä maailmaan, tarkoituksena selviytyminen, ei suurimman mahdollisen havaintotarkkuuden saavuttaminen Havaitseminen on aktiivinen prosessi, poimimme olennaista tietoa Poimintaa ohjaavat sisäiset mallit, jotka nopeuttavat havaitsemista, mutta voivat aiheuttaa illuusioita ja virheitä Huomaa, että sisäiset mallit on monikossa! Näköaisti on jakautunut moniin hierarkian tasoihin. Tietojenkäsittely etenee konkreettisesta abstraktimpaan 40