Asynchronous processing of luminance difference and motion in visual perception

Abstract

Hareket algısı birinci ve ikinci mertebeden olmak üzere ikiye ayrılır. Birinci mertebeden hareket, parlaklık algısı temeline dayanır ve görüntüde iki komşu bölge arasındaki ortalama parlaklık farkının yer değiştirmesiyle oluşur. İkinci mertebeden hareket ise, hareketli şeklin kontrast, yüzey yapısı, titreşim gibi nitelikleriyle tanımlanan hareket türüdür. Bu çalışma, kullanılan yöntemler bakımından birinci dereceden hareket algısı üzerinedir. Görsel bilgi, insan beyninde birçok yoldan işlenir. Her akış yolu görüntünün farklı özelliklerinin işlenmesi için özelleşmiştir. Bu yollardan en çok bilinenler, magnoselular ve parvoselular akış yollarıdır. Hem parlaklık farkı algısı hem de hareket algısı magnoselular akışın işlevleri olarak kabul edilir ve magnoselular akışın hızlı yanıt özelliği ve yüksek kontrast hassasiyetinden ötürü görme korteksinin paryetal bölgesiyle ilişkilendirilir. Şekil, renk, parlaklık ve hareketin algılanma sürelerinin farklı olduğu önceki çalışmalarda gösterilmiştir. Bu çalışmada, parlaklık farkı ve hareket algılarının eşzamanlı olup olmadıkları incelenmiştir. Hipotez, literatürdeki bir yöntemden esinlenerek test edilmiştir. Uyarılar orta grilikteki arka plan üzerine içi dolu kareler olarak hazırlanmıştır. Deneylerde uyarının parlaklığı sürekli olarak artmakta veya azalmaktayken hareketin algılandığı andaki parlaklık algısı ölçüldü. Deneklerin hareketi önce algılamaları durumunda, hareketin olduğu andaki parlaklıktan önceki değerleri bildirmeleri beklenmekteydi. İstatistiksel anlamlı ana etkiler olarak hareket anındaki parlaklık ve parlaklık değişim yönü bulunmuştur. Parlaklık değişim yönü koyudan açığa doğruyken eşleştirme hataları hareket anındaki parlaklığa bağlı olarak azalmaktadır. Buna karşın, parlaklık değişim yönü açıktan koyuya doğruyken eşleştirme hataları hareket anındakiparlaklığa bağlı olarak artmaktadır. Her iki durumda da bildirilen hareket anındaki parlaklık değerleri parlaklık değişim yönünde bir eğilim göstermiştir. Bu durum, hareketin parlaklık farkından sonra algılandığını öne sürmektedir. Deneyin sonuçlarını karşılaştırmak için hesaplamalı bir model kullanılmıştır. Model, parlaklık ve hareket detektör kanallarından oluşan Reichardt tipi bir modeli temel almıştır. Deneysel sonuçlar ne literatürdeki deneysel sonuçlarla ne de model tahminiyle örtüşmektedir. Bu uyuşmazlık bir bellek etkisinden kaynaklanıyor olabilir.

Motion perception is classified into the perception of first-order and second-order motion. First-order motion is a luminance defined one that occurs when differences in mean luminance between two adjacent areas of an image are displaced. On the other hand, second-order motion is motion in which the moving contour is defined by contrast, texture or flicker. This study is related with the perception of first-order motion. The processing of visual information in the human brain is accomplished by numerous visual streams. Each stream is specialized to process different attributes of the visual scene. Two of the well-known streams are the parvocellular and magnocellular pathways. Both the detection of luminance change and the perception of motion are assumed to be functions of the magnocellular stream and the associated parietal areas in the visual cortex because of the fast response characteristics of the magnocellular stream and its high contrast sensitivity. It was already demonstrated that times-to-consciousness of form, color, luminance and motion differ. In the present study, it was investigated whether luminance difference and motion are perceived synchronously. The hypothesis was tested by modifying a particular task in the literature. The stimuli were filled squares presented on a mid-gray background. The luminance of the stimulus was continuously incremented or decremented and the subjects performed a lightness matching task based on the perceived luminance at motion instant. It was hypothesized that if the subjects perceived motion first, they would report luminance values back in time from the instant the motion had occurred. Significant main effects were found due to luminance at motion instant and luminance-change direction. When the luminance-change direction was from dim to bright, the matching errors decreased as a function of luminance at motion instant. On the other hand, when the luminance-change direction was from bright to dim, the matching errors increased as the luminance at motion instant increased. In both cases the reported luminance values at motion instant were biased towards the luminance-change direction. This suggested that motion was perceived later than luminance difference. A computational model was used to predict the results of the current experiment. It was inspired by Reichardt type models which consist of luminance and motion detector channels. However, experimental results were not consistent with either the model prediction or the experimental results reported in the literature. This inconsistency may be due to a memory effect.