Wstęp do kognitywistyki Wykład siódmy Główne problemy kognitywistyki Percepcja: widzenie Andrzej Klawiter http://www.amu.edu.pl/~klawiter klawiter@amu.edu.pl
Percepcja: wdzięczny temat badań kognitywistycznych Spośród wielu zagadnień podejmowanych w kognitywistyce miejsce szczególne zajmuje problem percepcji Percepcja to funkcja umysłu stosunkowo prosta, a więc względnie łatwa do badania dająca się ująć z perspektywy obliczeniowej zakotwiczająca umysł w świecie zewnętrznym (dostarcza informacji o tym, co się dzieje w otoczeniu)
Sensepcja sensepcja (ang. sensation) - zespół bezpośrednich i niezwłocznych neuronalnych reakcji organizmu na bodźce ze środowiska; zadaniem sensepcji jest ustalenie co dzieje się na granicy między organizmem a otoczeniem, czyli detekcja cech bodźca, który dociera do receptora z danej modalności Ważne(!) sensepcja to rozpoznawanie cech bodźca, a nie jego źródła w otoczeniu
Odmiany sensepcji wzrokowa - ustalenie cech światła (fali elektromagnetycznej), takich jak natężenie, barwa słuchowa ustalanie cech dźwięku (fali akustycznej słuch), takich jak głośność, wysokość, barwa dotykowa ustalenie cech bodźców mechanicznych (siła nacisku, typ drgania) węchowa ustalenie cech związków chemicznych (odorantów) smakowa ustalenie cech związków chemicznych, takich jak smak słodki, słony, gorzki, kwaśny, umami.
Percepcja percepcja - sondowanie otoczenia przez organizm po to, aby ustalić, co znajduje się w otoczeniu, poza granicami organizmu zadaniem percepcji jest ustalenie tego, co jest na zewnątrz, a więc takich cech obiektów fizycznych, które nie są bezpośrednio obecne w bodźcu sensepcyjnym (np. kulistość nie jest cechą światła lecz obiektu, który je odbija)
Związek między sensepcją a percepcją Sensepcja dostarcza materiału dla percepcji Informacja o cechach bodźców uzyskana podczas sensepcji jest przetwarzana na wielu poziomach. Polega to głównie na redukcji ilości informacji i takiej jej reorganizacji, aby odnosiła się ona do obiektów z otoczenia (nie do bodźców!) Zdolność do rozpoznawania tego, co dzieje się w otoczeniu to bardzo ważne osiągnięcie ewolucyjne.
Zasadnicze zadanie percepcji Konstruowanie stabilnego obrazu (wzrokowego, słuchowego, dotykowego, itp.) otoczenia z docierających nieprzerwanie do organizmu bodźców fizycznych. Na podstawie tego, co receptory rejestrują na granicy między organizmem a otoczeniem (sensepcja) tworzony zostaje obraz (scena) tego, co istotnego dla organizmu dzieje się w jego otoczeniu
Po co organizmowi percepcja? Cel bezpośredni: rozpoznanie w otoczeniu tego, co jest istotne dla przetrwania organizmu Zadania składowe procesu percepcji: Wydobycie, redukcja i porządkowanie informacji zawartej w bodźcach Identyfikacja przedmiotów w otoczeniu i rozpoznawanie ich podstawowych cech Konstruowanie sceny percepcyjnej (złożonego, ujętego allocentrycznie układu przedmiotów)
Użyteczność percepcji dla procesów umysłowych bezpośrednio z nią powiązanych, takich m. in. jak: przypominanie, antycypowanie czy wyobrażanie dla aktów poznawczych wyższego rzędu, takich jak kategoryzacja oraz konceptualizacja (tworzenie pojęć) dla działania W niektórych koncepcjach twierdzi się wręcz, że podstawowym zadaniem percepcji jest rozpoznawanie sposobności do działania. W takim ujęciu percepcja to rozpoznawanie ofert (ang. affordances, tzn. informacji o sposobie użycia) wysyłanych przez przedmioty. Taki pogląd głosił twórca psychologii ekologicznej James J. Gibson
Percepcja a perceptor percepcja - proces uzyskiwania informacji o tym co jest na zewnątrz percept - wytwór percepcji, czyli właściwa dla danej modalności reprezentacja umysłowa obiektów lub stanów otoczenia perceptor - istota realizująca proces percepcji
Idea perceptora monomodalnego Perceptor monomodalny - organizm, który zbiera informacje o obiektach umożliwiających mu przetrwanie (są to przede wszystkim informacje czworakiego rodzaju, należące do tzw. 4P: o pożywieniu, partnerze, przyjacielu i przeciwniku) za pomocą jednego systemu percepcyjnego. Może on być wyposażony w kilka systemów, ale zakłada się tu, że jeden z nich dominuje nad pozostałymi i to on dostarcza informacji decydującej o funkcjonowaniu (przetrwaniu) perceptora w otoczeniu.
Przykłady perceptorów monomodalnych wzrokowiec (człowiek) słuchowiec (sowa płomykówka, puszczyk mszarny) węchowiec (pies) sonarowiec (inaczej: echolokator nietoperz)
Percepcja mono- a multimodalna Standardowe teorie percepcji skupiają się na badaniu jak działa jedna modalność percepcyjna. Badacz zajmujący się np. widzeniem ludzkim pomija to, że ludzie wyposażeni są w kilka systemów sensepcyjnych i percepcyjnych Dopiero od niedawna prowadzi się intensywniejsze badania nad percepcją multimodalną, tzn. nad przypadkami bardziej realnymi, kiedy to dane z dwóch lub więcej modalności są scalane (ang. binding) w jeden percept wielomodalny
Jak widzi wzrokowiec? Wybrane podejścia wykorzystywane w kognitywistyce
Przedobliczeniowe koncepcje widzenia (1): psychologia postaci psychologia postaci (Gestalt) (Max Wertheimer, Wolfgang Köhler, Kurt Koffka) zasada ujmowania zjawisk jako całości zasada izomorfizmu psychofizycznego podstawowe prawa psychologii postaci Prägnanz (trafna zwięzłość) figura - tło domknięcie podobieństwo bliskość symetria
Figura -tło (waza Rubina)
Emergencja (wyłanianie się)
Reifikacja
Multistabilność
Niezmienniczość
Domknięcie
Podobieństwo
Bliskość
Przedobliczeniowe teorie widzenia (2): psychologia ekologiczna Gibsona Percepcja jako forma adaptacji organizmu do otoczenia Doznania zmysłowe - bierne reakcje na bodźce fizyczne, percepcje - aktywne procesy wydobywania informacji z otoczenia światło promieniste - źródło doznań zmysłowych, światło otoczeniowe (odbite od powierzchni) - źródło informacji o przedmiotach w otoczeniu rola niezmienników w percepcji percepcja jako rozpoznawanie ofert (affordances)
Koncepcja ofert Jamesa Gibsona Spostrzeganie przedmiotu nie polega na rozpoznawaniu jego cech fizycznych (takich np. jak kształt, wielkość, barwa) lecz na rozpoznawaniu jego użyteczności, czyli przydatności dla perceptora. Informacja o przydatności przedmiotu do użycia (sposobności do działania z nim) tkwi w nim samym. Co więcej, przedmiot oferuje (ang. affords) swoją przydatność potencjalnym perceptorom i rozsyła ofertę (ang. affordance), aby z niego skorzystać. Takie ujęcie percepcji pokazuje na czym polega jej przydatność dla organizmu. Perceptor (organizm wyposażony w systemy percepcyjne) postrzega po to, aby rozpoznać użyteczność obiektów z otoczenia, dzięki temu potrafi tak je użyć, by zwiększyć (lub chociaż utrzymać) swoje szanse na przetrwanie
Widzenie z perspektywy psychologiii ekologicznej Widzenie to proces uzyskiwania informacji o użytecznych dla obserwatora cechach obiektów znajdujących się w otoczeniu. Informacja o obiekcie (ustrukturowana i niewymagająca przetwarzania) wydobywana jest ze struktury optycznej z wykorzystaniem reguł organizacji perceptu wzrokowego Percepcja wzrokowa to zhierarchizowana struktura procesów wzrokowych
Kognitywistyczny przełom w podejściu do widzenia: teoria Davida Marr a Według Marr a, widzenie to wieloetapowy proces przetwarzania informacji. Jest ona wydobyta z fali świetlnej docierającej do siatkówki, a następnie przetwarzana wieloetapowo przez odpowiednie systemy, tak aby efektem końcowym było rozpoznanie przez organizm obiektu z otoczenia na podstawie cech wydobytych z przetworzonej informacji.
Etapy przetwarzania informacji wzrokowej według Marr'a (1982) Obraz Wartości natężeń w każdym punkcie obrazu Pierwotny szkic Przejścia przez zero, plamki, pręty, zakończenia, krawędzie, potencjalne linie,grupy, granice Dwuipółwymiarowy szkic Trójwymiarowy model kształtu Zorientowanie powierzchni, odległość od obserwatora, nieciągłości w głębi i w zorientowaniu przestrzeni Trójwymiarowe modele zorganizowane hierarchicznie ze względu na bazowe cechy objętości i kształtu Widzenie egocentryczne Widzenie allocentryczne
Obliczeniowa teoria widzenia Davida Marr a Etap 1. pierwotny szkic pierwotny szkic surowy pierwotny szkic detekcja krawędzi (przejścia przez zero) wyróżnienie elementów (primitives): plamka, pręt, etc. pełny pierwotny szkic grupowanie elementów w jednostki wyższych rzędów
Ustalanie krawędzi przez redukcję informacji
Wydobywanie informacji o prostych składnikach obrazu i o jego wielopoziomowej strukturze obraz na siatkówce rozpoznanie plamek i prętów (surowy pierwotny szkic) rozpoznanie grup obiektów (jednostki pierwszego poziomu) grup wyższego rzędu i zasady ich organizacji
Przykłady jednostek wyższego rzędu utworzonych z obiektów rzędu niższego
Etap 2. - widzenie dwuipółwymiarowe dwuipółwymiarowy szkic stereopsja wybiórczość kierunkowa ruch pozorny kontury kształtu faktura powierzchni cieniowanie oświetlenie, jasność i barwa
Etap 3. - widzenie trójwymiarowego kształtu przedmiotu Reprezentacja w postaci trójwymiarowego modelu (kształtu przedmiotu) przejście od współrzędnych związanych z obserwatorem do współrzędnych związanych z przedmiotem wyróżnienie głównej osi przedmiotu modelowanie kształtu jako zespołu walców (dokładniej: uogólnionych stożków)
Marr s Prototype for 3D Representation
Trójwymiarowy model kształtu przedmiotu wg Marr a
Przykłady przedmiotów uzyskanych z bryły podstawowej - walca
Koncepcja geonów Biedermana jako rozwinięcie teorii Marra