חזותי חזותית הסתגלות
Summary
מאמר זה מתאר שיטה חדשה להדמיית ולומד הסתגלות במערכת הראייה.
Abstract
טכניקות רבות פותחו כדי להמחיש עד כמה דימוי יופיע לאדם עם רגישות ויזואלית שונה: למשל, בגלל הבדלים אופטיים או גיל, או מחסור או מחל צבע. פרוטוקול זה מתאר שיטה לשילוב הסתגלות חושית לתוך הסימולציות. הפרוטוקול מודגם עם הדוגמא של ראיית צבעים, אבל הוא החלים בדרך כלל לכל צורה של הסתגלות ויזואלית. הפרוטוקול עושה שימוש במודל פשוט של ראיית צבעים אנושית בוסס על הנחות סטנדרטיות מתקבלות על דעת על צבע קידוד רשתית ומנגנוני קליפת המוח וכיצד אלה להתאים את הרגישות שלהם הוא את צבע הממוצע והטווח של צבע הגירוי הרווח. העליות של המנגנונים מותאמים כך התגובה הממוצעת שלהם תחת בהקשר אחד משולה עבור בהקשר אחר. הסימולציות לעזור לחשוף את גבולות תיאורטיים של הסתגלות וליצור "תמונות מותאמות", מותאמות באופן מיטבי על סביבתי ספציפיnment או משקיף. הם גם מספקים מדד מקובל לבחון את ההשפעות של הסתגלות בתוך משקיפים שונים או סביבות שונות. אפיון תפיסה וביצועים ויזואלי עם התמונות האלה מספק כלי רומן לחקר הפונקציות ואת ההשלכות של הסתגלות ארוך טווח ראייה או מערכות חושיות אחרות.
Introduction
מה שאולי לעולם להיראות כמו לאחרים, או לעצמנו כפי שאנו לשנות? תשובות לשאלות אלה חשיבות מהותית להבנת הטבע והמנגנונים של תפיסה ואת ההשלכות של שני וריאציות נורמליות קליניות קידוד חושי. מגוון רחב של טכניקות וגישות פותח כדי לדמות כיצד תמונות עשויות להיראות לאנשים עם רגישויות חזותיות שונות. לדוגמא, אלה כוללים סימולציות של הצבעים שיכולים להיות מופלה על ידי סוגים שונים של ליקויי צבע 1, 2, 3, 4, ההבדלים המרחביים כרומטית שיכול להיפתר על ידי תינוקות או משקיפי מבוגרים 5, 6, 7, 8, 9 איך, מופיעות תמונות ראייה היקפית <s עד class = "Xref"> 10, ואת ההשלכות של טעויות אופטיות או מחלה 11, 12, 13, 14. הם אף יושמו לדמיין את ההבחנות שהן אפשריים עבור מינים אחרים 15, 16, 17. בדרך כלל, סימולציות כאלה להשתמש במדידות של ההפסדים הרגישים באוכלוסיות שונות לסינון תמונה ובכך להפחית או להסיר את המבנה הם מתקשים לראות. למשל, צורות נפוצות של עיוורון צבעים המשקפים פסד של אחת משני קולטני האור הרגיש לאורכי גל בינוניים או ארוכים, ותמונות המסוננות כדי להסיר האותות שלהם מופיעות בדרך כלל נטולות "אדמדמים-ירקרקים" גווני 1. בדומה לכך, יש תינוקות חדים עני, ולכן התמונות המעובדות עבור הרגישות מרחבית המופחתת שלהם תיראינה מטושטשות . f "> 5 טכניקות אלו מספקים איורים יסולאו בפז של מה אדם אחד יכול לראות את זה אחר לא רשאי זאת, הם לא -. ולעתים קרובות אינם מיועדים – המתארים חוויות תפיסתיות בפועל של הצופה, ובמקרים מסוימים עלולים לסלף את כמות וסוגי מידע זמין לצופה.
מאמר זה מתאר שיטה חדשנית שפותחה כדי לדמות הבדלי חוויה ויזואלית אשר משלבת מאפיין בסיסי של קידוד ויזואלי – הסתגלות 18, 19. כל המערכות החושיות ומוטוריות להתאים באופן רציף את ההקשר הם נחשפים. ריח עז בחדר נמוג במהירות, תוך ראייה להכיל עד כמה בהיר או לעמעם את החדר. חשוב לציין, התאמות אלה מתרחשות כמעט כל תכונה גירוי, כולל תפיסות "ברמה גבוהה" כמו המאפיינים של פניו של מישהו 20,class = "Xref"> 21 או קולם 22, 23, כמו גם כיול פקודות המנוע עשו כאשר הזזת העיניים או לכת על אובייקט 24, 25. למעשה, ההסתגלות צפויה נכס חיוני של כמעט כל עיבוד עצבי. מאמר זה מדגים כיצד לשלב השפעות הסתגלות אלה לתוך סימולציות של הופעת התמונות, בעצם על ידי "התאמת התמונה" כדי לחזות כיצד הוא ייראה כאילו משקיף ספציפי תחת מדינה ספציפית של הסתגלות 26, 27, 28, 29. גורמים רבים יכולים לשנות את הרגישות של משקיף, אבל הסתגלות יכולה לעתים קרובות לפצות על היבטים חשובים של שינויים אלו, כך ההפסדים הרגישים בולטים פחות יהיה חזה בלי בהנחת שהמערכת מסתגלת. לעומת זאת, משוםהסתגלות מתאים רגישות בהתאם להקשר הגירוי הנוכחי, התאמות אלה חשובים גם לשלב לניבוי איך התפיסה הרבה עלול להשתנות כאשר הסביבה משתנה.
הפרוטוקול הבא מדגים את הטכניקה על ידי התאמת תוכן הצבע של תמונות. חזון צבע יש את היתרון כי בשלבים העצביים הראשוניים של קידוד צבע הם הבינו טובים יחסית, וכך גם דפוסי ההסתגלות 30. המנגנונים וההתאמות בפועל הם מורכבים ומגוונים, אך ההשלכות העיקריות של הסתגלות ניתן ללכוד באמצעות פשוט מודל דו שלבים קונבנציונליים (איור 1 א). בשלב הראשון, אותות צבע מקודדות בתחילה על ידי שלושה סוגים של קולטני אור חרוט רגישים מקסימאלי לאורכי גל קצרים, בינוניים או ארוך (S, M, L קונוסים). בשלב השני, את האותות מן קונוסים שונים משולבים בתוך תאים-receptoral פוסט כדי ליצור "צבע-יריב" צ'הnnels המקבלים תשומות אנטגוניסטית מן קונוסים השונים (ובכך להעביר מידע "צבע"), וערוצים "הלא יריב" כי לסכם יחד תשומות קונוס (ובכך קידוד "בהירות" מידע). הסתגלות מתרחשת בשני השלבים, ומתאים לשני היבטים שונים של הצבע – הממוצעת (ב קונוסים) והשונות (בערוצים שלאחר receptoral) 30, 31. מטרת הסימולציות היא ליישם את ההתאמות האלה כדי מנגנוני המודל ולאחר מכן לעבד את התמונה מן התפוקות המותאמות שלהם.
התהליך של תמונות והתאמה כרוך שישה מרכיבים עיקריים. אלה 1) בחירת התמונות; 2) בחירת הפורמט של ספקטרום תמונה; 3) המגדיר את השינוי בצבע של הסביבה; 4) הגדרת שינוי הרגישות של הצופה; 5) באמצעות התכנית ליצירת תמונות המותאמות; ו 6) באמצעות תמונות כדי להעריך את ההשלכות של הסתגלות. Tהוא בא רואה כל אחד מהשלבים האלה בפירוט. תגובות מודל מנגנון הבסיסיות הן באיור 1, בעוד דמויות 2 – 5 דוגמאות מופע של תמונות שניתנו עם המודל.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול מאויר מדגים כיצד ההשפעות של הסתגלות לשינוי הסביבה או המתבונן יכול להצטייר תמונות. צורת גילום זה לוקח יהיה תלוי ההנחות עבור הדגם – למשל, איך צבע מקודד, וכיצד מנגנוני הקידוד להגיב ולהתאים. לכן הצעד החשוב ביותר הוא להחליט על מודל ראיית צבעים – למשל מה המאפיינים ש…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
נתמך על ידי המכונים הלאומיים-10,834 EY מענק לבריאות (NIH).
Materials
| Computer |
| Images to adapt |
| Programming language (e.g. Visual Basic or Matlab) |
| Program for processing the images |
| Observer spectral sensitivities (for applications involving observer-specific adaptation) |
| Device emmission spectra (for device-dependent applications) |
References
- Vienot, F., Brettel, H., Ott, L., Ben M’Barek, A., Mollon, J. D. What do colour-blind people see?. Nature. 376, 127-128 (1995).
- Brettel, H., Vienot, F., Mollon, J. D. Computerized simulation of color appearance for dichromats. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 14, 2647-2655 (1997).
- Flatla, D. R., Gutwin, C. So that’s what you see: building understanding with personalized simulations of colour vision deficiency. Proceedings of the 14th international ACM SIGACCESS conference on Computers and accessibility. , 167-174 (2012).
- Machado, G. M., Oliveira, M. M., Fernandes, L. A. A physiologically-based model for simulation of color vision deficiency. IEEE Trans. Vis. Comput. Graphics. 15, 1291-1298 (2009).
- Teller, D. Y. First glances: the vision of infants. the Friedenwald lecture. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 38, 2183-2203 (1997).
- Ball, L. J., Pollack, R. H. Simulated aged performance on the embedded figures test. Exp. Aging Res. 15, 27-32 (1989).
- Sjostrom, K. P., Pollack, R. H. The effect of simulated receptor aging on two types of visual illusions. Psychon Sci. 23, 147-148 (1971).
- Lindsey, D. T., Brown, A. M. Color naming and the phototoxic effects of sunlight on the eye. Psychol Sci. 13, 506-512 (2002).
- Raj, A., Rosenholtz, R. What your design looks like to peripheral vision. Proceedings of the 7th Symposium on Applied Perception in Graphics and Visualization. , 88-92 (2010).
- Perry, J. S., Geisler, W. S. Gaze-contingent real-time simulation of arbitrary visual fields. International Society for Optics and Photonics: Electronic Imaging. , 57-69 (2002).
- Vinnikov, M., Allison, R. S., Swierad, D. Real-time simulation of visual defects with gaze-contingent display. Proceedings of the 2008 symposium on Eye tracking research. , 127-130 (2008).
- Hogervorst, M. A., van Damme, W. J. M. Visualizing visual impairments. Gerontechnol. 5, 208-221 (2006).
- Aguilar, C., Castet, E. Gaze-contingent simulation of retinopathy: some potential pitfalls and remedies. Vision res. 51, 997-1012 (2011).
- Rowe, M. P., Jacobs, G. H. Cone pigment polymorphism in New World monkeys: are all pigments created equal?. Visual neurosci. 21, 217-222 (2004).
- Rowe, M. P., Baube, C. L., Loew, E. R., Phillips, J. B. Optimal mechanisms for finding and selecting mates: how threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus) should encode male throat colors. J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural. Behav. Physiol. 190, 241-256 (2004).
- Melin, A. D., Kline, D. W., Hickey, C. M., Fedigan, L. M. Food search through the eyes of a monkey: a functional substitution approach for assessing the ecology of primate color vision. Vision Res. 86, 87-96 (2013).
- Webster, M. A. Adaptation and visual coding. J vision. 11 (5), 1-23 (2011).
- Webster, M. A. Visual adaptation. Annu Rev Vision Sci. 1, 547-567 (2015).
- Webster, M. A., Kaping, D., Mizokami, Y., Duhamel, P. Adaptation to natural facial categories. Nature. 428, 557-561 (2004).
- Webster, M. A., MacLeod, D. I. A. Visual adaptation and face perception. Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 366, 1702-1725 (2011).
- Schweinberger, S. R., et al. Auditory adaptation in voice perception. Curr Biol. 18, 684-688 (2008).
- Yovel, G., Belin, P. A unified coding strategy for processing faces and voices. Trends cognit sci. 17, 263-271 (2013).
- Shadmehr, R., Smith, M. A., Krakauer, J. W. Error correction, sensory prediction, and adaptation in motor control. Annu rev neurosci. 33, 89-108 (2010).
- Wolpert, D. M., Diedrichsen, J., Flanagan, J. R. Principles of sensorimotor learning. Nat rev Neurosci. 12, 739-751 (2011).
- McDermott, K., Juricevic, I., Bebis, G., Webster, M. A., Rogowitz, B. E., Pappas, T. N. Human Vision and Electronic Imaging. SPIE. 68060, (2008).
- Juricevic, I., Webster, M. A. Variations in normal color vision. V. Simulations of adaptation to natural color environments. Visual neurosci. 26, 133-145 (2009).
- Webster, M. A., Juricevic, I., McDermott, K. C. Simulations of adaptation and color appearance in observers with varying spectral sensitivity. Ophthalmic Physiol Opt. 30, 602-610 (2010).
- Webster, M. A. Probing the functions of contextual modulation by adapting images rather than observers. Vision res. , (2014).
- Webster, M. A. Human colour perception and its adaptation. Network: Computation in Neural Systems. 7, 587-634 (1996).
- Webster, M. A., Mollon, J. D. Colour constancy influenced by contrast adaptation. Nature. 373, 694-698 (1995).
- Brainard, D. H., Stockman, A., Bass, M. . OSA Handbook of Optics. , 10-11 (2010).
- Maloney, L. T. Evaluation of linear models of surface spectral reflectance with small numbers of parameters. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 3, 1673-1683 (1986).
- Mizokami, Y., Webster, M. A. Are Gaussian spectra a viable perceptual assumption in color appearance?. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 29, A10-A18 (2012).
- Chichilnisky, E. J., Wandell, B. A. Photoreceptor sensitivity changes explain color appearance shifts induced by large uniform backgrounds in dichoptic matching. Vision res. 35, 239-254 (1995).
- Boehm, A. E., MacLeod, D. I., Bosten, J. M. Compensation for red-green contrast loss in anomalous trichromats. J vision. 14, (2014).
- Regan, B. C., Mollon, J. D., Cavonius, C. R. . Colour Vision Deficiencies. Vol. XIII. , 261-270 (1997).
- Carandini, M., Heeger, D. J. Normalization as a canonical neural computation. Nature reviews. Neurosci. 13, 51-62 (2011).
- Rieke, F., Rudd, M. E. The challenges natural images pose for visual adaptation. Neuron. 64, 605-616 (2009).
- Hardy, J. L., Frederick, C. M., Kay, P., Werner, J. S. Color naming, lens aging, and grue: what the optics of the aging eye can teach us about color language. Psychol sci. 16, 321-327 (2005).
- Webster, M. A., Mollon, J. D. Adaptation and the color statistics of natural images. Vision res. 37, 3283-3298 (1997).
- Webster, M. A., Mizokami, Y., Webster, S. M. Seasonal variations in the color statistics of natural images. Network. 18, 213-233 (2007).
- Sagi, D. Perceptual learning in Vision Research. Vision res. , (2011).
- Lu, Z. L., Yu, C., Watanabe, T., Sagi, D., Levi, D. Perceptual learning: functions, mechanisms, and applications. Vision res. 50, 365-367 (2009).
- Bavelier, D., Green, C. S., Pouget, A., Schrater, P. Brain plasticity through the life span: learning to learn and action video games. Annu rev neurosci. 35, 391-416 (2012).
- Kompaniez, E., Abbey, C. K., Boone, J. M., Webster, M. A. Adaptation aftereffects in the perception of radiological images. PloS one. 8, e76175 (2013).
- Ross, H. . Behavior and Perception in Strange Environments. , (1974).
- Armann, R., Jeffery, L., Calder, A. J., Rhodes, G. Race-specific norms for coding face identity and a functional role for norms. J vision. 11, 9 (2011).
- Oruc, I., Barton, J. J. Adaptation improves discrimination of face identity. Proc. R. Soc. A. 278, 2591-2597 (2011).
- Kording, K. P., Tenenbaum, J. B., Shadmehr, R. The dynamics of memory as a consequence of optimal adaptation to a changing body. Nature neurosci. 10, 779-786 (2007).
- Neitz, J., Carroll, J., Yamauchi, Y., Neitz, M., Williams, D. R. Color perception is mediated by a plastic neural mechanism that is adjustable in adults. Neuron. 35, 783-792 (2002).
- Delahunt, P. B., Webster, M. A., Ma, L., Werner, J. S. Long-term renormalization of chromatic mechanisms following cataract surgery. Visual neurosci. 21, 301-307 (2004).
- Bao, M., Engel, S. A. Distinct mechanism for long-term contrast adaptation. Proc Natl Acad Sci USA. 109, 5898-5903 (2012).
- Kwon, M., Legge, G. E., Fang, F., Cheong, A. M., He, S. Adaptive changes in visual cortex following prolonged contrast reduction. J vision. 9 (2), 1-16 (2009).
- Webster, M. A., Elliott, A., Fairchild, M. D., Franklin, A. . Handbook of Color Psychology. , 197-215 (2015).
