Rüdiger von der Heydt

Form Analysis in Visual Cortex

Seminar: Visuelle WahrnehmungDozent: Dr. Alexander C. SchützReferentin: Katharina Ites

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Gliederung1. Der visuelle Cortex• Beispiel für illusionäre Kontur• Der primäre visuelle Cortex2. Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex• Konzentrische rezeptive Felder• Einfache rezeptive Felder• Komplexe rezeptive Felder• Endinhibierte rezeptive Felder3. Kortikale Mechanismen der Konturwahrnehmung in V24. Das Theoretische Level5. Modell zur Konturwahrnehmung6. These: Rüdiger von der Heydt7. Klausurfragen8. Quellen

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Der visuelle Cortex1. Wie kann das System Konturen Wahrnehmen, die

nicht im Bild definiert sind?

2. Wie versucht es diese Objekt anhand der Konturen zu identifizieren?

3. Können kortikale Mechanismen für die Formanalyse differenziert werden von anderen Formaspekten wie z.B. Farbe und Bewegung?

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Der visuelle Cortex• Teil der Großhirnrinde, ermöglicht visuelle

Wahrnehmung

• Ihm entsprechen die Areale 17, 18, 19 unterteilt in- Primäre Sehrinde (V1)- Sekundäre Sehrinde (V2-V5)

Rüdiger von der Heydt: • Konzentration auf V1 und V2. Wichtige Rolle bei

Wahrnehmung von Formen, Konturen und illusionären Konturen.

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•

Der visuelle CortexBeispiel für eine illusionäre Kontur

Kanizsa Dreieck

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Der visuelle Cortex

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Der primäre visuelle Cortex(Areal 17, V1)

• Input der Augen weitergeleitet über afferente Fasern der Neurone des Corpus geniculatum laterale zu V1

• David Hubel und Torsten Wiesel, 1959 Antwortverhalten von Neuronen in V1 auf visuelle Reize.

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Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

Rezeptive Felder:• räumlich begrenzte Areale. • Änderung der Beleuchtung Veränderung im

Entladungsverhalten.• Areale unterschiedlich groß, unterschiedliche

Formen

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Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

1.Konzentrische rezeptive Felder2.Einfache rezeptive Felder3.Komplexe rezeptive Felder4.Endinhibierte rezeptive Felder

Klassifiziert nach Reaktion auf visuelle Stimuli

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Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

1. Konzentrische rezeptive Felder

• Zellen in der Eingangsschicht V1 2 Haupttypen:- Licht im Zentrum erregt, in der Peripherie hemmt- Licht im Zentrum hemmt, in der Peripherie erregt

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Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

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Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

2. Einfache rezeptive Felder

• Längliche rezeptive Felder• Antwort auf linienförmige Reize mit

bestimmter Orientierung Erregung oder Hemmung

• Reiz in Orientierung und Breite wie erregende Zone dann stärkste Reaktion.

• Orientierungs- Tuningkurve11.04.23 Form Analysis in Visual Cortex 12

Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

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Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

3. Komplexe rezeptive Felder

• Spezifische Reaktion auf linienförmige, sich bewegende Reize

• Bevorzugte Orientierung• Reiz muss nicht innerhalb des rezeptiven

Feldes liegen• binokular, das rezeptive Feld reagiert auf Reize

aus beiden Augen.11.04.23 Form Analysis in Visual Cortex 14

Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

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Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

4. Endinhibierte Zellen

• Präferenz für kurze Linien innerhalb des rezeptiven Feld.

• Reaktion nimmt ab, wenn Muster über bestimmte Länge ausgedehnt wird.

• Orientierungsselektiv

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Rezeptive Felder von Zellen im visuellen Cortex

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Kortikale Mechanismen der Konturwahrnehmung in V2

• V2 erhält Informationen über afferenten Input von V1.

• Rezeptor Feld in V2 größer, aber starke anatomische Ähnlichkeit.

• Zellen sensitiv für Bewegung und Lichtverhältnisse.

reagieren auf illusionäre Konturen, die durch Ecken oder Linien definiert sind. (Konturzellen)

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Kortikale Mechanismen der Konturwahrnehmung in V2

Zelle signalisiert eine illusorische Kontur.11.04.23 Form Analysis in Visual Cortex 19

Kortikale Mechanismen der Konturwahrnehmung in V2

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Stärke der Reaktion variiert von Zelle zu Zelle.

Kortikale Mechanismen der Konturwahrnehmung in V2

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Wahrnehmung abhängig von Anzahl der Linien.

Kortikale Mechanismen der Konturwahrnehmung in V2

• Zellen in V2 reagieren auf illusionäre Linien und Ecken.

• Repräsentieren diese auch ganze illusionäre Festkörper?

Bsp. Kanizsa Dreieck

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Kortikale Mechanismen der Konturwahrnehmung in V2

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Kortikale Mechanismen der Konturwahrnehmung

Zellen in V2 reagieren auf linieninduzierte illusionäre Konturen.

• 55 von 150 Zellen, die in V2 getestet wurden .

In V1 keine Reaktion auf illusionäre Konturen• nur eine von 77 Zellen, die in V1 getestet

wurden.

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Das Theoretische Level

• Wieso ist es wichtig, illusionäre Konturen zu repräsentieren?

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Das Theoretische Level• Visuelle Cortex, Interpretation von 3D-Bildern nicht

Bildanalyse

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Das Theoretische Level

• Konturen nicht klar abgegrenzt• Konturen aufdecken durch z.B. Bewegungen,

Farbunterschiede.• Kombination verschiedener Informationen

durch Kortikale Konturmechanismen

Wichtig: V2 erkennt diese illusionären Konturen.

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Modell zur Konturwahrnehmung

• Kognitive und Low- Level Theorien der visuellen Wahrnehmung

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Modell zur Konturwahrnehmung

Low-Level Mechanismus:Multiplikative Beziehung endinhibierter Zellen. Aktivierung

von Konturmechanismen

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Endinhibierte Zellen

Einfache und Komplexe Zellen

Konturzellen

Modell zur Konturwahrnehmung

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Wahrnehmung abhängig von Anzahl der Linien.

Modell zur Konturwahrnehmung

Kognitive Theorie, High- Level Mechanismus:

• Innere Repräsentation der Objekte.• Reize aus der Umwelt werden mit

gespeicherten sensorischen Informationen verglichen.

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These: Rüdiger von der Heydt

• Theorien schwer differenziert zu betrachten, jedoch wichtig.

Coren (1972) Annahme: Illusionäre Konturen resultieren

aus Tiefenhinweisen, 3D Interpretation.

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These: Rüdiger von der Heydt

Kognitive Theorie: • System nutzt interne Repräsentation von

Objekten um Tiefenhinweise zu erkennen.• Vergleicht ob gegebenes Bild mit gespeichertem

Muster übereinstimmt.

Low- Level Theorie: • Tiefenhinweise sind Merkmale in Bildern,

wodurch endinhibierte Zellen erregt werden und Konturmechanismus aktivieren.

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Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit

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Klausurfragen1. Nenne die 4 rezeptiven Felder von Zellen im visuellen

Cortex.• Konzentrische, Einfache, Komplexe, Endinhibierte

rezeptive Felder.

2. Welche besondere Präferenz haben die Endinhibierten rezeptiven Felder?

• Endinhibierte rezeptive Felder haben Präferenz für kurze Linien innerhalb des rezeptiven Feld. Ihre Reaktion nimmt ab, wenn Muster über bestimmte Länge ausgedehnt wird. Außerdem sind sie Orientierungsselektiv

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Klausurfragen

3. Wie ist das Modell der Konturwahrnehmung nach der Low- Level Theorie aufgebaut?

• Konturzellen schätzen Wahrscheinlichkeit ein, dass überdeckte Kontur im Wahrnehmungsfeld vorhanden ist, anhand der Kombination der Signale von endinhibierten Zellen (multipliziert) und denen der einfachen und komplexen Zellen.

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QuellenQuellenverzeichnis:• Rüdiger von der Heydt: Form Analysis in Visual Cortex• http://brain.exp.univie.ac.at/20_vorlesung_ws03/bilder.htm• http://brain.exp.univie.ac.at/20_vorlesung_ws04/bilder.htm• http://www.allpsych.uni-giessen.de/karl/teach/aka.htm• www.natlab.de/pdf/neuro_sehen_schueler.pdf • www.allpsych.uni-giessen.de/knut/2005-ws0506-seminare-lernen/

Kaufmann_Bahl.pdf -

Bilderverzeichnis:• http://brain.exp.univie.ac.at/20_vorlesung_ws03/bilder.htm• http://brain.exp.univie.ac.at/20_vorlesung_ws04/bilder.htm• www.airflag.com• www.psychologie.uni-heidelberg.de• www.oeventrop-katholisch.de

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