Visuell Perception Uppmärksamhet Tobias.Johansson@hkr.se Perception Upplägg Bottom-up vs Top-down. Objektperception. Perceptuell organisation. Perception som problemlösning. Perception och utveckling. Uppmärksamhet Selektiv uppmärksamhet Modeller, early vs. late selection, uppmärksamhet som kognitiv resurs. Delad uppmärksamhet. Visuell uppmärksamhet, hur mycket ser vi egentligen? Spotlight attention och objektbaserad uppmärksamhet. Visuella effekter Vi blir ofta imponerade av visuella effekter i filmer, t ex Matrix. Men ofta blir vi inte imponerade av de visuella effekter som äger rum konstant i vardagslivet. T ex: Det vi ser är inte bilden som finns på näthinnan. Den bilden är 2-D och upp och ner, till skillnad från våra medvetna visuella upplevelser. (Man kan dock vänja sig vid upp och ner-seende med särskilda glasögon). En del av näthinnan (blinda fläcken) innehåller inga fotoreceptorer p g a den optiska nerven. Men vi upplever inte det som ett tomrum. Kort sagt, vi tar våra visuella upplevelser för givet eftersom de kommer till oss direkt. Men de utgör endast en möjlig representation av världen. 1
Ögat Bottom-up vs. Top-down Bottom-up processing är baserat på inkommande data. Top-down processing är baserat på kunskap, förväntningar etc. Tolkning och perception Kombinationen av bottom-up och top-down förklarar varför vi ser fel ibland. Top-down: förväntningar, kunskap Medveten perceptuell upplevelse Bottom-up: inkommande data Ljus genom ögat T ex, när man har sett en skräckfilm och ska gå hem genom skogen. 2
Top-down and reversal Rock & Mitchener (1992) Deltagarna fick se mångtydiga bilder. En grupp blev informerade om att det gick att vända bilderna. En grupp blev inte informerad. Den informerade gruppen såg alltid båda bilderna, medan endast en tredjedel i den oinformerade gruppen såg båda bilderna vid nåt tillfälle. Indelning av objekt i komponenter Feature approach to object perception Modellen är ej realistisk, men den illustrerar principen bakom feature recognition. Vad finns det för tänkbara problem med modellen? Evidens för featurebaserad perception Neurala featuredetektorer Celler som svarar på enkla och mer komplexa egenskaper, t ex lutande linjer. Visual search T ex Neisser (1964) Tar längre tid att upptäcka en bokstav bland andra bokstäver om bokstaven man letar efter delar många features med de andra bokstäverna. T ex Z delar features med V och M, men inte med O eller G. Pop-out effect (Treisman, 1986). 3
Fler distraherande föremål stör bara identifiering om de delar features med det man letar efter. Finns många andra typer av features, t ex rörelse, ljusstyrka etc. Feature integration theory Object Preattentive stage Focused attention stage Feature analysis Feature combining Automatic, unconscious Treisman and Schmidt (1982) Perception Deltagarna rapporterar illusoriska kombinationer av features. I preattentive stage så är inte olika features förknippade med ett objekt. Features är synens alfabet. När de kombineras i focused attention stage så ser vi objektet. Bottom-up är vanligast i preattentive stage, dock inte alltid. Top-down är mer förekommande í focused attention stage. 4
Recognition by components Biederman (1987) geoner Grundläggande 3D-volymer som bas för perception. Bygger upp olika objekt. Har egenskaper som ofta ej förändras p g a perspektiv. Olika geoner skiljer sig från varandra. Är resistenta mot visuellt brus. När identifikation av geonerna försvåras, så försvåras även identifikation av objektet. Perceptuell organisation Feature-teorier är en del i förklaringen av hur vi identifierar objekt. Men att se objekt är ofta mer än att dela upp det i olika features. Ofta organiserar vi dessutom omgivningen på olika sätt i vår perception, så att olika objekt framträder. Gestaltpsykologiska principer Principer för perceptuell organisation till helheter. Simplicity Similarity Good continuation Proximity Common fate Familiarity 5
Simplicity (Pragnanz) väldigt generell princip Similarity Good continuation 6
Proximity Common fate Familiarity 7
Perceptuell organisation inom hörsel Kontexten avgör ofta vilka ord vi hör. Top-down processing. Talsegmentering De flesta pauser i tal inträffar inte mellan ord. Pauser är ingen bra ledtråd till att hitta orden i tal. Meningen i kontexten kan bidra till hur orden segmenteras. Förklarar dock inte talsegmentering helt och hållet. En annan viktig princip är att stavelser inom ord tenderar att upprepas mer än stavelser som går över ordgränser. Pauser i tal Perceptuell heuristik De gestaltpsykologiska principerna är heuristiska verktyg, en form av tumregler. Perception är en slags problemlösning. Målet är att hitta en fungerande representation av omgivningen. Tumreglerna är verktyg för att uppnå det, men ibland leder dom oss fel. Överlag är dom dock adaptiva. Algoritmiska perfekta lösningar skulle vara alltför komplicerade, om ens möjliga. 8
Perception och datorer Varför är perception svårt för datorer? Mångtydighet Objektseparation Dolda objekt Skillnader i ljusstyrka Oändlig mängd former Bakgrundskunskap Människor har ett adaptivt intelligent system för perception, som kan göra mycket mer än datorer med den 2D-bild som landar på näthinnan. Perception och utveckling Mekanismerna bakom perception kan, som mycket annat, förändras, både via evolution och erfarenhet. Evolution organismer som har adaptiva egenskaper löper större chans att överleva, föra vidare sina gener till sin avkomma, och föra vidare genetiskt baserade egenskaper. Erfarenhet adaption till den omgivning som en organism befinner sig. T ex, katter som växer upp med vertikala linjer som enda visuella stimulans utvecklar ett visuellt cortex som mestadels svarar på vertikala linjer. Erfarenhetsbaserad plasticitet och Greebles Fusiform face area (FFA) i temporalloben Hög aktivitet vid ansiktsprocessande Gauthier et al. (1999) fmri-studie, aktivitet vid ansikten och Greebles. 9
Uppmärksamhet Fokusera på specifika saker eller tankar. Många olika saker kan vara objekt för ens uppmärksamhet. Därför är uppmärksamhet centralt för många olika områden, perception, minne, språk, etc. Det finns olika aspekter av uppmärksamhet: T ex Selection vs. Resource. Selektiv uppmärksamhet Selektiv fokus på ett budskap. Vad händer när man ska fokusera på en informationskälla? Tar man även in andra i omgivningen? Vi testar. 2 frivilliga personer, som läser olika stycken ur boken. Fokusera på vad den ena personen säger. Tidig forskning på selektiv uppmärksamet Cherry (1953) Dichotic listening Fokus på budskap 1 gör att väldigt lite tas in av innehållet i budskap 2. Jmfr. Cocktailpartyfenomenet. 10
Broadbents filtermodell Första informationsprocessande flödesmodellen. Sensory store: lagrar information kort tid och för vidare. Filter: Identifierar budskap baserar på fysiska egenskaper. Filtrerar bort övrigt. Detector: Processar mening hos det identifierade budskapet. Memory storage: Korttidsminne, eller vidare till långtidsminne. Early-selection model: filtrering sker innan meningsanalys, d v s tidigt. Split-span experiment (Broadbent, 1958) Lättare att rapportera från en kanal i taget, än att byta mellan kanaler. Problem för filtermodellen Information som presenteras i en ouppmärksammad kanal kan processas tillräckligt för att man ska uppfatta dess mening. Moray (1959) En tredjedel av deltagarna upptäckte sitt eget namn i den ouppmärksammade kanalen. Gray and Wedderburn (1960) Deltagarna byter kanal för att skapa mening i budskapet. 11
Attenuation theory of attention (Treisman, 1964) Attenuator: tillräcklig analys för att identifiera budskapet, t ex baserat på fysiska, syntaktiska, eller meningsbaserade egenskaper. Ouppmärksammade budskap passerar, fast i svagare form. Dictionary unit: innehåller ord med olika thresholds, tröskel för aktivering. Attenuation theory förklarar cocktail-effekten. Man hör sitt namn i allt sorl, eftersom ens namn har låg threshold. Attenuation theory är delvis en early-selectionmodell, eftersom det uppmärksammade budskapet ofta kan identifieras tidigt. ERP-studier ger också stöd för early selection. Finns dock studier som pekar på late selection. 12
MacKay (1973). Late-selection models Ouppmärksammade ord har en effekt på senare bedömningar, så deras mening verkar ha processats. Alltså, meningsprocessande kan ske innan selektion. Selektion sker senare i processen, alltså late selection. Early vs. Late selection. Vilken stämmer egentligen? En möjlighet är att båda stämmer, beroende på vilken uppgift man utför. Selection and task load (Lavie, 1995) High-load kräver mycket kognitiva resurser. Low-load kräver lite kognitiva resurser. Lavies teori är att experiment som demonstrerar late selection ofta involverar low-load-uppgifter. De kräver lite kognitiva resurser och ouppmärksammad information kan också processas. Flanker-compatibilty task (Green & Bavelier, 2003). 13
Uppgift: säg om någon av figurerna i ringarna är en kvadrat eller en diamant. Ignorera figurerna utanför ringarna. Inkompatibel distraktion saktar endast ner deltagarnas respons under low load. Ouppmärksammad information processas i större utsträckning vid low load. Stödjer Lavies teori. Att spela mycket dataspel kan öka uppmärksamhetsresurser. En annan förklaring är att människor med högre uppmärksamhetssresurser är mer benägna att spela dataspel. Studien involverade dock kontroll för det. Distraktorerna saktar ner respons även vid high load. Alltså processas distraktorerna även vid high load för dessa deltagare. Selektiv uppmärksamhet reflexiv vs. kontrollerad. I vissa sammanhang sker selektiv uppmärksamhet reflexivt, eller automatiskt. I andra sammanhang sker det mer kontrollerat. Studier har tidigare visat att riktade cues, t ex pilar, är associerade med kontrollerad selektiv uppmärksamhet, eftersom uppmärksamheten endast påverkas när pilarna predicerar det som ska uppmärksammas. 14
Tidigare studier Effekt på RT Effekt på RT Ej effekt på RT Slutsats: riktade cues leder bara till ökad uppmärksamhet om de är predicerande. Det sker ej automatiskt. Slutsatsen håller dock inte för riktade ögon. Snabbare RT även vid icke-predicerande cues (Kingstone et al., 2003). Forskarna visade också att icke-prediktiva pilar också snabbar upp RT. Tidigare forskning har utgått från en studie som visade på motsatsen. Predicerande pilar har även visat sig ge upphov till snabbare RT än man kan förvänta sig enbart utifrån kontrollerad uppmärksamhet. Så, socialt signifikanta cues verkar vara extra effektiva. Divided attention I många sammanhang kan vi dela upp vår uppmärksamhet på olika aktiviteter, t ex köra bil och föra en konversation, eller lyssna på musik och laga mat. Förmågan till delad uppmärksamhet beror på ett antal saker, t ex: Övning Uppgiftens svårighetsgrad Vilken typ av uppgift det rör sig om 15
Övning Bilkörning, delad uppmärksamhet och övning. Bilkörning blir mer automatiskt efter mycket övning, och delad uppmärksamhet blir lättare. Automatiskt processande sker ofta utan intention, relativt omedvetet, och kräver få kognitiva resurser (t ex Stroopeffekten, eller erfarna musiker). Shiffrin and Schneider (1977) Experiment på övning och delad uppmärksamhet. I början 55 % korrekt. Efter mycket övning sker uppgiften automatiskt och ca 90 % korrekt. Consistent mapping: alltid siffror i memory set, och bokstäver som distraktorer i frames. Memory set: 1 eller 4 siffror. Frames: 1, 2 eller 4 bokstäver. Påverkar ej resultaten när utövandet har blivit automatiskt. Deltagarna kan dela sin uppmärksamhet effektivt. Bara bokstäver, inga siffor. Svårighetsgrad Varied mapping: bokstäverna i memory set och frames varierar från trial till trial Deltagarna uppnådde aldrig automatisk processande. Processande var kontrollerat. Variation av antal bokstäver i memory set och frames påverkade prestationen. 16
Divided attention kan även medföra att vid utförande av 2 uppgifter, så minskar prestationen på den mindre viktiga uppgiften, även om den är lättare. Tyler et al. (1979) Anagramlösning svår vs. lätt Reaktionstid för ton Längre reaktionstid för ton vid svåra anagram Bilkörning och divided attention Strayer and Johnson (2001) Simulerad bilkörning med eller utan mobiltelefon. Mätte antal missade rödljus och reaktionstid för rödljus. Typ av uppgift Uppgifter som kräver samma typ av kognitiva resurser är svårare att göra samtidigt än uppgifter som kräver olika typer av kognitiva resurser. Brooks (1968) Två verbala samtidiga uppgifter kräver mer än en verbal och en spatial. Två spatiala uppgifter samtidigt kräver mer än en verbal och en spatial. 17
Visuell uppmärksamhet Vi kan ofta ta in omgivningens generella uppbyggnad väldigt snabbt. Det kan skapa intryck av att vår visuella perception är mer detaljerad än vad den är. Change blindness Ofta missar vi förändringar som inte påverkar huvuddragen i omgivningen. T ex Joe Pescis peruk i JFK. Personbyte. Inattentional blindness Mer generellt fenomen: när vi inte ser saker i omgivningen p g a att vi inte uppmärksammar dom. T ex en gorilla (Simons & Chabris, 1999). Varför är vår visuella upplösning så dålig? Om vi aktivt skulle se varenda detalj i omgivningen så skulle vårt perceptuella system bli överbelastat och vi skulle registrera en massa meningslösa detaljer. Istället har vi en generell medvetenhet om omgivningen och när vi behöver en mer detaljerad bild så kan vi rikta uppmärksamhet mot detaljer. Visuell perception känns inte som den faktiskt är, eftersom vår hjärna fyller i eller antar detaljer om omgivningen, alternativt så ställer vi inte frågor om irrelevanta detaljer. Spotlight attention model Liknar uppmärksamhet vid en lampa som riktas mot objekt. Upplysta objekt processas mer effektivt. Ej exakt samma sak som att rikta ögonen mot något. Colby et al. (1995). Uppmärksamhet vs. fixering hos apor. 18
forts. Spotlight Attention Flanker-compatibility task (Eriksen & Eriksen, 1974). Objektbaserad uppmärksamhet Uppmärksamhet kan även vara riktat mot ett objekt, snarare än en viss plats (Egly et al., 1994). Forts. Objektbaserad uppmärksamhet. Samma resultat fås om objekten är dolda. Viktigt eftersom många objekt i vardagslivet är dolda. 19
Unilateral Neglect Ignorerar stimuli i vänstra halvan av synfältet. Orsakas främst av skada i högra parietalloben. Ena halvan av synfältet uppmärksammas ej. Kan vara relaterat både till plats och objekt. Ritar halva objekt. Äter upp maten på ena sidan av tallriken etc. Vad har vi gått igenom idag? Perception Ögat, bottom-up, top-down. Indelning av objekt i komponenter, feature integration, geoner. Percueptell organisation, Gestaltprinciper. Perception och datorer, perception som problemlösning. Perception och utveckling, evolution och erfarenhet. Uppmärksamhet Selektiv uppmärksamhet, dikotisk lyssning. Filtermodell, attenuation theory. Early vs. Late selection, Selection och task load (uppmärksamhet som selection vs. resource). Divided attention, övning, svårighet, typ av uppgift. Visuell uppmärksamhet, change blindness. Spotlight attention, objektbaserad uppmärksamhet, neglect. 20