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Sensation and Perception

Perspectivas sobre Sensação e Percepção

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JoVE Science Education Sensation and Perception

Perspectives on Sensation and Perception

6.2: Finding Your Blind Spot and Perceptual Filling-in

6.4: Motion-induced Blindness

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11:32 min

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April 30, 2023

Overview

Fonte: Laboratório de Jonathan Flombaum – Universidade Johns Hopkins

O estudo da sensação — como os sinais são transduzidos de órgãos sensoriais, como os olhos — e a percepção — como o cérebro interpreta essas mensagens — tem uma rica história que remonta ao século XIX, quando grandes avanços foram feitos na compreensão das propriedades da luz e como elas se relacionam com o sistema visual. É importante ressaltar que tais processos sensoriais e perceptivos determinam o que vemos, sentimos, saboreamos e ouvimos em nosso entorno. No entanto, muitos métodos de ensino não expõem os alunos aos eventos sensoriais que eles estão tentando aprender.

A coleção de Alegria em Sensation and Perception preenche essa lacuna mostrando ilusões visuais e auditivas que os espectadores podem realmente experimentar por si mesmos, e mergulha nas suas bases anatômicas. Por exemplo, assistindo ao vídeo “Color Afterimages”, um observador encontrará o fenômeno de perceber uma estrela em branco como ocupada por uma cor, e aprenderá como neurônios específicos são responsáveis por esse efeito. Ao enfatizar tais truques perceptivos, esta coleção explora as suposições que o cérebro usa para interpretar informações e criar nossa percepção de um mundo complexo.

Os vídeos do JoVE em Sensation and Perception fornecem uma introdução envolvente a este campo da psicologia. Ao permitir que os espectadores se sentem na sede de um participante e participem de experimentos reais, esta coleção enfatiza aos alunos que seus próprios cérebros podem ser enganados a perceber algo que não está lá, bem como até mesmo remover objetos da percepção.

Procedure

A sensação e a percepção referem-se ao estudo de como vemos, como ouvimos, como cheiramos, como nos sentimos sensíveis ao toque. A diferença entre sensação e percepção é que na sensação estamos falando sobre a transdução de sinais. Então, no caso da visão, por exemplo, a sensação é realmente apenas focada em como a luz, que está fora no mundo, é transduzida, torna-se um sinal dentro do cérebro. Então se transformou em um sinal elétrico. Não é mais leve. Percepção é como entendemos ou interpretamos o que esses sinais significam. Então é sobre as implicações, o significado, que nos associamos a esses sinais. A importância da sensação e da percepção é, de certa forma, óbvia. Quero dizer, estamos estudando como é que vemos, como é que ouvimos. São habilidades críticas. Essas são as formas fundamentais pelas quais humanos e outros animais obtêm informações sobre seu meio ambiente para explorar seus ambientes.

O principal desafio que se experimenta ensinando sensação e percepção é que muito do que você está falando são coisas que você quer que as pessoas sejam capazes de ouvir ou ver, ou sentir, tocar. Portanto, é o tipo de área onde apenas aprender com um livro, por exemplo, ou apenas ler artigos muitas vezes é inadequado ou meio que deixa de lado a questão real. Então você pode descrever como algo funciona e ainda não tem realmente uma boa sensação para ele se você realmente não vê-lo. E uma coisa que esses vídeos fazem é recriar ilusões ou fenômenos para qualquer um experimentar. Às vezes você pode experimentá-los diretamente nos vídeos que fizemos ou às vezes os vídeos mostram como criar essas experiências para um participante ou para uma aula. Mas o ponto principal é que quando você ensina sensação e percepção e diz, você fala sobre uma ilusão visual, por exemplo, você quer que as pessoas sejam capazes de ver e experimentar essa ilusão. Apenas descrevê-lo é meio insuficiente para deixar claro como é um fenômeno que requer uma explicação. E assim esses vídeos fornecem essa experiência, essa experiência visual ou auditiva, ou os métodos para produzir uma experiência tátil que é tão importante para o estudo da sensação e percepção.

As ilusões têm desempenhado por muito, muito tempo um papel no estudo da sensação e percepção. Acho que há duas razões para isso. Uma razão é que as ilusões revelam algo sobre como o cérebro humano ou o cérebro de qualquer organismo realmente resolve um problema que não tem resposta. E assim, descobrir o que está lá fora no mundo com base na entrada dada requer um salto, requer um passo extra, requer alguma inferência acima e além apenas da entrada em si. E assim, sempre que tais inferências são feitas, é baseado em suposições. É baseado em heurística. É baseado em truques, mas fundamentalmente é um sistema que realmente não sabe a resposta. Na verdade, não é 100% certo que sabe a verdade sobre o mundo. Então as ilusões mostram isso. São truques que se aproveitam, que exploram as suposições e a heurística que o cérebro está usando para fazer inferências sobre o mundo. Então as ilusões são testes muito fortes de uma teoria ou uma hipótese sobre como o cérebro está resolvendo algum problema. Um grande exemplo do papel que as ilusões desempenham no estudo da percepção é, por exemplo, a sala Ames nesta série de vídeo, que é uma ilusão que nos diz algo sobre como o cérebro percebe o espaço 3D, apesar do fato de que os insumos que recebe são apenas bidimensionais. Então, para fazer inferências sobre o quão longe os objetos estão no espaço e também como objetos grandes são, o cérebro precisa usar truques ou ter suposições ou usar heurísticas, porque a entrada na retina é apenas bidimensional. Assim, objetos que estão longe projetarão pequenas imagens na retina. E da mesma forma pequenos objetos que estão por perto projetarão pequenas imagens na retina. Então, como o cérebro deve descobrir se uma imagem na retina é pequena porque é de um objeto que está longe ou um objeto que é realmente pequeno. Não há nenhuma maneira matemática de resolver esse problema com 100% de certeza. Então o cérebro faz suposições. A sala Ames é uma ilusão que se aproveita dessas suposições. Em particular, a suposição é que os ângulos tendem a ser ângulos retos. Mas de qualquer forma, o que a sala Ames mostra é que a compreensão do cérebro sobre distância e tamanho é completamente confundida, e o cérebro está meio que fazendo suposições ou inferências sobre as verdadeiras relações entre objetos no mundo.

A razão pela qual a pesquisa se transformou na direção da sensação e percepção do século XIX é por causa da física, porque havia muitos pesquisadores que começaram a entender as propriedades da luz e estavam interessados em óptica. Eles estavam interessados, eles estavam fazendo óculos e lentes de moagem, e descobrindo coisas sobre como a luz funciona e como dobrar a luz e também como dobrá-la para fins humanos. E ao fazê-lo eles começaram a fazer perguntas sobre como o sistema visual humano realmente funciona. Eles descobriram muitos, muitos dos princípios mais básicos que ainda confiamos hoje para entender a sensação e a percepção e especialmente a visão humana. Uma das razões pelas quais a pesquisa que eles fizeram é tão legal e importante naquela época é porque eles fizeram isso sem qualquer acesso ao cérebro humano realmente. Então eles não estavam gravando de neurônios. Eles não tinham scanners para fotografar cérebros humanos e olhar para ondas cerebrais, e eles realmente não tinham muitas ferramentas chiques. No entanto, as hipóteses que eles geraram e as coisas que aprenderam sobre sensação e percepção acabaram se mostrando verdadeiras, não apenas em um sentido teórico ou psicológico, mas também em um sentido neural. Só encontramos esse tipo de evidência 100 ou 200 anos depois. Então, de certa forma, penso na sensação e percepção como um dos melhores exemplos do método científico em ação. Foi só mais tarde, nos anos 60, 70 e 80, que começamos a descobrir através da neurofisiologia que realmente existem células que literalmente são sensíveis à presença de algumas cores e à ausência de suas cores oponentes. Assim, de muitas maneiras que o trabalho do século XIX fez uma previsão sobre a existência de certos subtipos de células no cérebro humano, de neurônios no cérebro humano. Foi apenas 100, 200 anos depois que a existência dessas células foi confirmada por técnicas modernas de gravação no cérebro.

Eu acho que há realmente duas questões-chave que vão começar a abordar ou que estamos começando a abordar e que vamos começar a obter um melhor controle no próximo século ou assim na área de sensação e percepção. A primeira pergunta é sobre como o cérebro humano produz experiência consciente. Então podemos pensar sobre a sensação e a percepção em termos como um problema matemático. Aqui está alguma entrada e você pode fazer algumas contas sobre essa entrada para descobrir de onde veio? Em outras palavras, como deve ser o mundo que produziu essa entrada. Mas em nenhum lugar lá você tem que ter uma experiência da entrada ou uma experiência do mundo que veio. Então podemos escrever de fato porque sabemos muito sobre como o cérebro humano faz essas coisas, agora escrevemos programas de computador que podem resolver problemas muito sofisticados, problemas visuais muito sofisticados. Assim, podemos escrever um programa de computador que reconheça um rosto, por exemplo. Mas o programa de computador não tem a sensação de que está olhando para um rosto. Não faz sentido que tenha como um olho da mente e o rosto que está olhando está nesse quadro. Mas todos nós experimentamos isso. Você está assistindo o vídeo agora e você tem uma experiência de mim sentado lá e onde está essa experiência? Eu sei onde estou no vídeo. Quero dizer, eu estou aqui agora e há uma câmera apontada para mim e está gravando. Alguém, você lá fora, você está assistindo em algum outro momento. Onde está sua experiência no vídeo? Ele vive em algum lugar do seu cérebro e nós realmente não entendemos isso. Os cientistas estão indo sobre isso. Então um bom exemplo é a ilusão da mão de borracha. A ilusão da mão de borracha é uma ilusão muito estranha onde as pessoas começam a sentir que uma mão de borracha é sua, e na verdade elas pensam que sentem sensação nessa mão, naquele pedaço de borracha, que não faz parte de seu corpo. Então essa estranha ilusão nos lembra que mesmo a sensação de toque, tipo de sentimento em si, a experiência do toque é uma invenção do cérebro. Pode ser mal atribuído. E esse tipo de ilusão de percepção consciente deve começar a nos ajudar a entender como o cérebro humano produz a experiência da percepção consciente e por quê. Outro conjunto de questões que está na vanguarda da pesquisa em sensação e percepção nos dias de hoje eu acho que tem a ver com a linguagem e como a linguagem interage com sistemas sensoriais e perceptivos. No final do dia, uma coisa que fazemos com a percepção é falar sobre isso. Falamos sobre o que vemos. Falamos sobre como as coisas têm gosto. Falamos sobre o que sentimos fisicamente. Então, como fazemos isso? Como as palavras mapeiam as saídas dos processos sensoriais e perceptivos?

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?

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