감각과 지각에 대한 관점

JoVE Science Education
Sensation and Perception
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Science Education Sensation and Perception
Perspectives on Sensation and Perception

11,562 Views

11:32 min
April 30, 2023

Overview

출처: 조나단 플롬바움 연구소 -존스 홉킨스 대학

감각에 대한 연구 – 신호가 눈과 같은 감각 기관에서 어떻게 변환되는지, 그리고 지각 – 뇌가 이러한 메시지를 해석하는 방법 – 빛의 특성과 시각적 시스템과 어떻게 관련되어 있는지에 대한 큰 진전이 이루어졌던 19 세기로 거슬러 올라가는 풍부한 역사를 가지고 있습니다. 중요한 것은, 이러한 감각과 지각 과정은 우리가 보고, 느끼고, 맛보고, 주변에서 듣는 것을 결정합니다. 그러나, 많은 교육 방법은 학생들이 배우려고하는 매우 감각적인 사건에 노출되지 않습니다.

JoVE의 감각과 지각 컬렉션은 시청자가 실제로 스스로 경험할 수 있는 시각적, 청각적 환상을 선보이며 해부학적 기반을 탐구함으로써 이러한 격차를 메웁니다. 예를 들어, 비디오 “색상 애프터이미지”를 보면서 관찰자는 빈 별을 색상에 의해 점유된 것으로 인식하는 현상을 발견하고 특정 뉴런이 이 효과에 대해 어떻게 책임지는지 알아봅니다. 이러한 지각 트릭을 강조함으로써,이 컬렉션은 뇌가 정보를 해석하고 복잡한 세계에 대한 우리의 인식을 만드는 데 사용하는 가정을 탐구한다.

감각과 지각의 JoVE 비디오는 심리학 분야에서이 분야에 대한 매력적인 소개를 제공합니다. 시청자가 참가자의 자리에 앉아 실제 실험에 참여하도록 함으로써, 이 컬렉션은 학생들에게 자신의 뇌가 존재하지 않는 것을 인식하고 지각에서 물체를 제거하는 데 속을 수 있음을 강조합니다.

Procedure

감각과 지각은 우리가 보는 방법, 듣는 방법, 냄새, 우리가 어떻게 만지는지에 대한 연구를 말합니다. 감각과 지각의 차이점은 우리가 신호의 변환에 대해 이야기하고 있는 감각에서. 예를 들어 시력의 경우, 감각은 실제로 얼마나 빛, 즉 세상에 밖으로, 변환되는지에 초점을 맞추고, 뇌 내부의 신호가된다. 그래서 전기 신호로 바뀌었습니다. 더 이상 빛이 아닙니다. 인식은 우리가 그 신호가 무엇을 의미하는지 이해하거나 해석하는 방법입니다. 그래서 우리가 그 신호와 연관짓는 의미, 의미에 관한 것입니다. 감각과 지각의 중요성은 어떤 면에서 분명합니다. 제 말은, 우리가 보는 것이 어떻게 되는지, 우리가 듣는 것이 어땠는지 연구하고 있습니다. 이러한 능력은 매우 중요합니다. 이들은 인간과 다른 동물들이 환경을 악용하기 위해 환경에 대한 정보를 얻는 근본적인 방법입니다.

감각과 인식을 가르치는 한 가지 주요 과제는 사람들이 듣거나 보거나 만질 수 있기를 바라는 것들입니다. 예를 들어 교과서에서 배우거나 논문을 읽는 것만으로도 부적절하거나 실제 문제를 회피하는 영역의 종류입니다. 그래서 당신은 뭔가 작동 하지만 아직 정말 그것을 볼 하지 않는 경우 그것에 대 한 좋은 느낌을 가지고 설명할 수 있습니다. 그래서 이 동영상이 하는 한 가지는 누구나 경험할 수 있는 환상이나 현상을 다시 창조한다는 것입니다. 때로는 당사가 만든 동영상에서 직접 경험하거나 때로는 동영상에서 참가자 또는 수업을 위해 이러한 경험을 만드는 방법을 보여 줄 수 있습니다. 그러나 결론은 감각과 인식을 가르치고 말할 때, 예를 들어, 사람들이 그 환상을보고 경험할 수 있기를 바랍니다 시각적 환상에 대해 이야기한다는 것입니다. 설명만하면 설명이 필요한 현상을 분명히 하기에는 충분하지 않습니다. 따라서 이러한 동영상은 이러한 경험, 시각적 또는 청각 적 경험 또는 감각과 지각 연구에 매우 중요한 촉각 경험을 생성하는 방법을 제공합니다.

환상은 매우, 아주 오랜 시간 동안 감각과 지각의 연구에 역할을했다. 나는 그것에 대한 정말 두 가지 이유가 있다고 생각합니다. 한 가지 이유는 환상이 인간의 뇌 또는 유기체의 뇌가 실제로 해답이없는 문제를 해결하는 방법에 대해 뭔가를 드러내기 때문입니다. 그래서 주어진 입력에 기초하여 세상에 무엇이 있는지 알아내는 것은 도약이 필요하며, 추가 단계가 필요하며 입력 자체 이상으로 약간의 추론이 필요합니다. 따라서 그러한 추론이 이루어질 때마다 가정에 기반을 두고 있습니다. 그것은 휴리스틱을 기반으로합니다. 그것은 트릭을 기반으로, 하지만 근본적으로 그것은 실제로 답을 모르는 시스템. 그것은 실제로, 그것은 세계에 대한 진실을 알고 있다는 것을 100 % 확실하지 않습니다. 그래서 환상은 그것을 보여줍니다. 그들은 일종의 장점을 활용하는 트릭, 그 가정과 뇌가 세계에 대한 추론을 만들기 위해 사용하는 추론을 악용. 그래서 환상은 이론의 매우 강한 테스트 또는 뇌가 몇 가지 문제를 해결하는 방법에 대한 가설이다. 환상이 지각의 연구에서 재생하는 역할의 좋은 예는, 예를 들어,이 비디오 시리즈의 에임스 룸은 뇌가 수신 입력이 단지 2 차원이라는 사실에도 불구하고, 3 차원 공간을 인식하는 방법에 대해 우리에게 뭔가를 알려주는 환상이다. 따라서 물체가 공간에 얼마나 멀리 떨어져 있는지, 그리고 얼마나 큰 물체가 있는지에 대한 추론을 하기 위해서는 망막에 대한 입력이 2차원에 불과하기 때문에 뇌는 트릭을 사용하거나 가정을 하거나 휴리스틱을 사용해야 합니다. 그래서 멀리 떨어진 물체는 망막에 작은 이미지를 투사합니다. 그리고 마찬가지로 근처에있는 작은 개체는 망막에 작은 이미지를 투사합니다. 그래서 얼마나 뇌망막에 이미지가 작은지 알아내야하는 이유는 멀리 떨어져 있는 물체나 실제로 작은 물체에서 나온 것이기 때문입니다. 100% 확실성으로 이 문제를 해결할 수 있는 수학적 방법은 없습니다. 그래서 뇌는 가정을합니다. 에임스 룸은 이러한 가정을 활용하는 환상입니다. 특히 각도가 직각인 경향이 있다는 가정이 있습니다. 그러나 어쨌든, 에임스 룸이 보여주는 것은 거리와 크기에 대한 뇌의 이해가 완전히 혼란스럽고 뇌는 세상의 물체 사이의 진정한 관계에 대한 추측이나 추론을 하는 것입니다.

19세기 연구가 감각과 인식의 방향으로 바뀌는 이유는 빛의 특성을 이해하기 시작하고 광학에 관심이 있는 많은 연구자들이 있었기 때문에 물리학 때문입니다. 그들은 안경과 연삭 렌즈를 만들고, 빛이 어떻게 작동하는지, 빛을 구부리는 방법과 인간의 목적을 위해 구부리는 방법에 대해 알아냈습니다. 그리고 그렇게 함으로써 그들은 인간의 시각 시스템이 실제로 어떻게 작동하는지에 대해 질문하기 시작했습니다. 그들은 우리가 여전히 감각과 지각, 특히 인간의 비전을 이해하기 위해 오늘날에 의존하는 가장 기본적인 원칙의 많은 발견. 그들이 한 연구가 그 때 너무 시원하고 중요한 이유 중 하나는 그들이 정말 인간의 뇌에 액세스하지 않고 그것을했기 때문이다. 그래서 그들은 뉴런에서 기록되지 않았다. 그들은 인간의 두뇌를 이미징하고 뇌파를 보고 스캐너가 없었고, 정말 많은 멋진 도구가 없었습니다. 그러나, 그들이 생성 한 가설과 감각과 지각에 대해 배운 것들은 이론적 또는 심리적 의미에서뿐만 아니라 신경적 의미에서 사실임을 입증했습니다. 우리는 단지 증거의 종류를 발견 100 또는 200 년 후. 그래서 어떤 면에서 나는 직장에서 과학 적인 방법의 가장 좋은 예 중 하나로 서 감각과 인식을 생각. 그것은 단지 1960 년대 후반, 70 년대와 80 년대 우리는 정말 말 그대로 일부 색상의 존재와 상대 색상의 부재에 민감한 세포가 신경 생리학을 통해 발견하기 시작했다. 그래서 19 세기에서 작동 하는 여러 가지 방법으로 인간의 두뇌에 세포의 특정 하위 유형의 존재에 대 한 예측을 했다, 인간의 두뇌에 있는 뉴런의. 그것은 단지 100, 200 년 후에 그 세포의 존재는 두뇌에 있는 현대 기록 기술에 의해 확인되었습니다.

나는 우리가 해결하기 시작하고 우리가 감각과 인식의 영역에서 다음 세기 정도에 더 나은 그립을 얻기 시작할 것이라고 정말 두 가지 주요 질문이 있다고 생각합니다. 첫 번째 질문은 인간의 뇌가 어떻게 의식적인 경험을 생성하는지에 관한 것입니다. 그래서 우리는 수학적 문제로 서 감각과 인식에 대해 생각할 수 있습니다. 여기에 몇 가지 입력이며, 당신은 그것이 어디에서 왔는지 알아 내기 위해 그 입력에 몇 가지 수학을 할 수 있습니까? 즉, 그 입력을 생성 한 세계는 어떤 것이어야합니다. 그러나 어디에도 입력이나 에서 온 세계의 경험을 가질 필요가 없습니다. 그래서 우리는 인간의 뇌가 이러한 일을 하는 방법에 대해 너무 많이 알고 있기 때문에 사실 로 쓸 수 있습니다, 우리는 지금 매우 정교한 문제, 매우 정교한 시각적 문제를 해결할 수있는 컴퓨터 프로그램을 작성합니다. 따라서 예를 들어 얼굴을 인식하는 컴퓨터 프로그램을 작성할 수 있습니다. 그러나 컴퓨터 프로그램은 얼굴을 보는 것처럼 느껴지지 않습니다. 마음의 눈과 같은 감각을 가지고 있으며, 보는 얼굴은 그 프레임에 있습니다. 그러나 우리 모두는 그것을 경험합니다. 당신은 지금 비디오를보고 당신은 거기에 앉아 내 경험이 있고 그 경험은 어디에 있습니까? 나는 내가 비디오에 있는 곳을 알고있다. 내 말은, 나는 지금 여기 있어 그리고 카메라가 나를 가리키고 그것은 기록. 누군가, 거기 밖으로, 당신은 다른 시간에 그것을보고있어. 동영상의 경험은 어디에 있습니까? 그것은 당신의 두뇌어딘가에 살고 우리는 정말 그것을 이해하지 않습니다. 과학자들은 이에 대해 생각하고 있습니다. 그래서 좋은 예는 고무 손 환상입니다. 고무 손 환상은 사람들이 고무 손이 자신의 것처럼 느끼기 시작하는 매우 이상한 환상이며, 실제로 그들은 고무 조각에서 그 손에 감각을 느낀다고 생각합니다. 그래서 이상한 환상은 터치의 느낌, 느낌 자체의 일종, 터치의 경험이 뇌의 발명임을 우리에게 상기시켜줍니다. 잘못 인식될 수 있습니다. 그리고 의식적인 지각의 환상의 그 종류는 인간의 두뇌가 의식적인 지각의 경험을 생성하는 방법과 이유를 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 요즘 감각과 지각연구의 최전선에 있는 또 다른 문제세트는 언어와 관련이 있다고 생각하며, 언어가 감각및 지각 시스템과 어떻게 인터페이스되는지에 대해 생각합니다. 하루의 끝에서, 우리가 인식으로 할 한 가지는 그것에 대해 이야기. 우리는 우리가 보는 것에 대해 이야기합니다. 우리는 사물의 맛이 어떻게 되는지에 대해 이야기합니다. 우리는 신체적으로 느끼는 것에 대해 이야기합니다. 그렇다면 어떻게 해야 할까요? 단어는 감각 및 지각 프로세스의 출력에 매핑하는 방법?

Transcript

Sensation and perception refers to the study of how we see, how we hear, how we smell, how we feel touch. The difference between sensation and perception is that in sensation we’re talking about the transduction of signals. So in the case of vision for example, sensation is really just focused on how light, that’s out in the world, is transduced, becomes a signal inside the brain. So it’s turned into an electrical signal. It’s no longer light. Perception is how we understand or interpret what those signals mean. So it’s about the implications, the meaning, that we associate with those signals. The importance of sensation and perception is in some ways obvious. I mean, we’re studying how it is that we see, how it is that we hear. These are critical abilities. These are the fundamental ways that humans and other animals get information about their environment in order to exploit their environments. 

The main challenge one experiences teaching sensation and perception is that so much of what you’re talking about are things that you want people to be able to hear or see, or feel, touch. So it’s the kind of area where just learning from a textbook, for example, or just reading papers often is inadequate or it sort of sidesteps the actual issue. So you can describe how something works and yet not really have a good feel for it if you don’t actually see it. And so one thing that these videos do is they re-create illusions or phenomenon for anybody to experience. Sometimes you can experience them directly in the videos that we’ve made or sometimes the videos show you how to create those experiences for a participant or for a class. But the bottom line is that when you teach sensation and perception and say, you talk about a visual illusion, for example, you want people to be able to see and experience that illusion. Just describing it is sort of insufficient for making it clear how it’s a phenomenon that requires an explanation. And so these videos supply that experience, that visual or auditory experience, or the methods for producing a tactile experience that’s so important for the study of sensation and perception. 

Illusions have for a very, very long time played a role in the study of sensation and perception. I think that there’s really two reasons for that. One reason is that illusions reveal something about how the human brain or any organism’s brain really solves a problem that has no answer. And so figuring out what’s out there in the world on the basis of the given input requires a leap, it requires an extra step, it requires some inference above and beyond just the input itself. And so whenever such inferences are made, it’s based on assumptions. It’s based on heuristics. It’s based on tricks, but fundamentally it’s a system that doesn’t actually know the answer. It doesn’t actually, it’s not 100% certain that it knows the truth about the world. So illusions show that. They’re sort of tricks that take advantage, that exploit the assumptions and the heuristics that the brain is using to make inferences about the world. So the illusions are very strong tests of a theory or a hypothesis about how the brain is solving some problem. A great example of the role that illusions play in the study of perception is, for example, the Ames room in this video series, which is an illusion that tells us something about how the brain perceives 3-D space, despite the fact that the inputs that it receives are only two-dimensional. So in order to make inferences about how far away objects are in space and also how big objects are, the brain needs to use tricks or have assumptions or use heuristics, because the input on the retina are only two-dimensional. So objects that are far away will project small images on the retina. And likewise small objects that are nearby will project small images on the retina. So how’s the brain supposed to figure out if an image on the retina is small because it’s from an object that’s far away or an object that’s actually small. There’s no mathematical way to solve that problem with 100% certainty. So the brain makes assumptions. The Ames room is an illusion that takes advantage of those assumptions. In particular, the assumption there is that angles tend to be right angles. But in any case, what the Ames room shows is that the brain’s understanding of distance and size is completely confounded, and the brain is sort of making guesses or inferences about the true relationships between objects in the world. 

The reason why research turned in the direction of sensation and perception the 19th century is because of physics, because there were many researchers who started to understand the properties of light and were interested in optics. They were interested in, they were making glasses and grinding lenses, and figuring things out about how light works and how to bend light and also how to bend it for human purposes. And in doing so they started to ask questions about how the human visual system actually works. They discovered many, many of the most basic principles that we still rely on today for understanding sensation and perception and especially human vision. One of the reasons that the research they did is so cool and important back then is because they did it without any access to the human brain really. So they weren’t recording from neurons. They didn’t have scanners for imaging human brains and looking at brain waves, and they didn’t really have many fancy tools at all. Yet, the hypotheses that they generated and the things that they learned about sensation and perception ended up proving out to be true, not just in a theoretical or psychological sense, but also in a neural sense. We only found that sort of evidence 100 or 200 years later. So in some ways I think of sensation and perception as one of the best examples of the scientific method at work. It was only later in the 1960s, ’70s and ’80s that we started to discover via neurophysiology that there really are cells that literally are sensitive to the presence of some colors and the absence of their opponent colors. So in many ways that work from the 19th century made a prediction about the existence of certain subtypes of cells in the human brain, of neurons in the human brain. It was only 100, 200 years later that the existence of those cells was confirmed by modern recording techniques in the brain. 

I think there are really two key questions that will start to address or that we’re starting to address and that we’ll start to get a better grip on in the next century or so in the area of sensation and perception. The first question is about how does the human brain produce conscious experience. So we can think about sensation and perception in terms as a mathematical problem. Here’s some input and can you do some math on that input to figure out where it came from? In other words, what the world that produced that input must be like. But nowhere in there do you have to have an experience of the input or an experience of the world that came from. So we can write in fact because we know so much about how the human brain does these things, we now write computer programs that can solve very sophisticated problems, very sophisticated visual problems. So we can write a computer program that recognizes a face, for example. But the computer program doesn’t have a feeling like it’s looking at a face. There’s no sense in which it has like a mind’s eye and the face it’s looking at is in that frame. But we all experience that. You’re watching the video right now and you have an experience of me sitting there and where is that experience? I know where I am in the video. I mean, I’m here right now and there’s a camera pointed at me and it’s recording. Someone, you out there, you’re watching it at some other time. Where’s your experience of the video? It lives somewhere in your brain and we really don’t understand that. Scientists are going about that. So a good example is the rubber hand illusion. The rubber hand illusion is a very strange illusion where people start to feel like a rubber hand is their own, and in fact they think that they feel sensation in that hand, in that piece of rubber, that is not a part of their body. So that strange illusion reminds us that even the feeling of touch, sort of the feeling itself, the experience of touch is an invention of the brain. It can be misattributed. And those kinds of illusions of conscious perception should start to help us to understand how the human brain produces the experience of conscious perception and why. Another set of issues that’s at the forefront of research in sensation and perception these days I think has to do with language and how language interfaces with sensory and perceptual systems. At the end of the day, one thing that we do with perception is talk about it. We talk about what we see. We talk about how things taste. We talk about what we feel physically. So how do we do that? How do words map on to the outputs of sensory and perceptual processes?