Overview
Fonte: Laboratorio di Jonathan Flombaum—Johns Hopkins University
Perché le persone hanno due occhi rivolti in avanti? Presentando al cervello due immagini leggermente diverse diventa possibile comprendere problemi visivi che sono molto più difficili da elaborare attraverso un singolo occhio. Il principale tra questi è il problema della percezione 3D, vedere il mondo in tre dimensioni, nonostante gli input retinici in sole due dimensioni.
Cosa succede se ogni occhio riceve due immagini completamente diverse? Questo non accade in natura, a dire il vero, ma può essere inventato in laboratorio in un set-up chiamato rivalità binoculare.
La rivalità binoculare è un paradigma di laboratorio comune per indagare i modi in cui il cervello integra le informazioni da due occhi e, negli ultimi anni, i meccanismi responsabili della produzione di esperienza cosciente.
Procedure
1. Attrezzatura
- Per produrre facilmente rivalità binoculare, utilizzare un paio di occhiali rosso-ciano (Figura 1).
Figura 1. Un paio di occhiali da rivalità rosso-ciano. Gli occhiali consentono di presentare due immagini sovrapposte in modo tale che solo una arrivi a ciascun occhio. La lente rossa filtrerà tutto tranne la luce rossa prima che raggiunga l'occhio di uno spettatore, e la lente ciano filtrerà tutto tranne la luce blu. Ciò significa che un'immagine colorata di blu non riuscirà a raggiungere l'occhio con la lente rossa e un'immagine colorata di rosso non riuscirà a raggiungere l'occhio dietro la lente blu - Sarà necessario anche un cronometro.
2. Stimolo
- Una facile dimostrazione che ha a che fare con la rivalità comporta parole senza senso sovrapposte a qualcosa di significativo.
- In PowerPoint©, creare una diapositiva con la parola 'Hello' scritta in blu, e sopra di essa scrivere le lettere 'Cfbal' scritte in rosso. Rendi la parola in cima trasparente al 50%. Sarà simile a questo (Figura 2).
Figura 2. Campione di stimolo per una dimostrazione di rivalità binoculare. La parola "Ciao" è scritta in blu, e in un rosso trasparente al 50%, le lettere senza senso "Cfbal" sono scritte sopra.
3. Esecuzione dell'esperimento
- Stampare la diapositiva su un foglio bianco. Fai sedere un partecipante davanti al giornale e chiedigli di indossare gli occhiali.
- Imposta il cronometro su conto alla rovescia per 120 secondi.
- Istruisci il partecipante che ogni dieci secondi gli verrà chiesto di segnalare ciò che vede e che dovrebbe rispondere in uno dei tre modi, "Ciao", "Cfbal" o "Misto / Non chiaro".
- Inizia il conteggio e, ogni dieci secondi, chiedi al partecipante cosa vede. Segna le risposte.
La rivalità binoculare è un paradigma di laboratorio comune per studiare come il cervello integra le informazioni dai nostri due occhi.
Durante la normale percezione visiva, i nostri occhi ricevono all'incirca la stessa immagine su ciascuna delle due retine. Il cervello approfitta di questa ridondanza per dare un senso a ciò che viene osservato.
Presentando due immagini diverse a ciascun occhio separatamente, gli scienziati possono studiare come il cervello coordina e interpreta i loro segnali separati. Ingannare il cervello con due immagini indipendenti è indicato come rivalità binoculare.
Questo video illustra i metodi per l'utilizzo della rivalità binoculare, incluso come progettare lo stimolo, eseguire l'esperimento e come analizzare e interpretare i dati.
In questo semplice esperimento, ai partecipanti viene chiesto di indossare occhiali rosso-ciano e di riferire come viene interpretato uno stimolo generato.
In questo caso, il paio di occhiali filtra il materiale per ciascun occhio, in modo tale che la lente rossa filtri tutta tranne la luce rossa prima che raggiunga l'occhio del partecipante, e la lente ciano filtrerà tutto tranne la luce blu.
Lo stimolo generato comporta la sovrapposizione di parole colorate: una parola rossa e senza senso, come Cfbal, su una parola blu e significativa, come Hello.
Quando gli occhiali filtranti sono indossati dal partecipante, la parola colorata di blu Hello non verrà a vedere dietro la lente rossa e la non-parola cfbal colorata di rosso non verrà a vedere dietro la lente ciano.
Durante un periodo di 120 secondi, ai partecipanti viene chiesto di segnalare ogni 10 secondi se la parola significativa Ciao o la parola senza senso Cfbal è osservata, o se è troppo poco chiara, per dire Non chiaro.
Lungo il percorso temporale di come ogni partecipante risponde, la variabile dipendente è il numero di volte in cui i partecipanti riportano osservazioni tra le tre categorie.
Se viene prodotta una rivalità binoculare, le risposte del partecipante varieranno nel tempo perché il cervello non può facilmente percepire entrambe le parole contemporaneamente.
Inoltre, i partecipanti riporteranno più osservazioni di vedere la parola Ciao a causa di una tendenza del cervello a percepire immagini significative rispetto all'assurdo.
Per dimostrare la rivalità binoculare, prima raccogli un paio di occhiali rosso-ciano e un cronometro.
Per condurre questo studio, crea una diapositiva di stimolo con la parola "Ciao" scritta in blu e, sopra di essa, scrivi le lettere "Cfbal" scritte in rosso. Rendi la parola in cima trasparente al 50%.
Dopo aver stampato la diapositiva di stimolo su un pezzo di carta bianco, saluta il partecipante.
Una volta che il partecipante è seduto, spiega le istruzioni del compito e poi digli di indossare gli occhiali filtranti.
Prima di raccogliere i dati, impostare il cronometro su conto alla rovescia di 120 secondi. Informa ogni partecipante che gli verrà chiesto di segnalare ogni 10 secondi se vede la parola Ciao o Cfbal, o se la parola appare Poco chiara.
Ogni 10 secondi, chiedi al partecipante cosa vede e registra ogni risposta nelle 12 istanze.
Per analizzare come ogni partecipante ha percepito lo stimolo, traccia ogni risposta in funzione del tempo. Si noti che il partecipante tende ad essere a conoscenza solo di una delle parole alla volta.
Tuttavia, nel tempo la parola di cui il partecipante è a conoscenza in un dato momento può cambiare rapidamente e frequentemente. Questo suggerisce che il cervello riconosce che qualcosa non va. Di conseguenza, il cervello cerca di presentare un'immagine stabile al partecipante, ma non può decidere quale sia l'immagine stabile giusta.
Per esaminare la distribuzione complessiva dei tipi di risposta, mediare le percentuali di ciascun tipo di risposta tra i partecipanti. Si noti che l'osservazione di Hello ha dominato.
Ciò suggerisce che il cervello valuta il contenuto di ogni immagine e preferisce portare alla consapevolezza cose che hanno senso, sono familiari e hanno un significato.
La rivalità binoculare costituisce la base per la maggior parte dei film e dei giochi 3D. Indossando occhiali speciali, il cervello viene indotto a vedere il 3D quando lo schermo che sta guardando è in realtà 2D.
Inoltre, la rivalità binoculare consente ai ricercatori con strumenti di neuroimaging, come l'EEG ad alta densità, di sapere quando la natura dell'esperienza cosciente di una persona sta cambiando improvvisamente, come il partecipante a questa dimostrazione che è passato dal vedere una parola all'altra.
I ricercatori possono quindi mappare quei cambiamenti nell'esperienza cosciente su eventi che si svolgono nel cervello in quei momenti. Ad esempio, diversi stati di veglia , sia che una persona sia addormentata, rilassata o completamente sveglia e persino al limite - ognuno correla con diverse onde cerebrali, misurate utilizzando le registrazioni EEG.
La ricerca attuale sta cercando di determinare se i cambiamenti tra gli stati di veglia sono correlati ai cambiamenti nella percezione cosciente, diagnosticati utilizzando il paradigma della rivalità binoculare.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla rivalità binoculare. Ora dovresti avere una buona comprensione di come progettare ed eseguire l'esperimento, oltre ad analizzare i risultati e applicare il fenomeno della percezione visiva.
Grazie per l'attenzione!
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Results
I risultati possono essere rappresentati graficamente tracciando i dati grezzi (Figura 3), che è ciò che il partecipante ha riferito vedendo in funzione del tempo.
Figura 3. I partecipanti riportano ciò che vede ogni 10 secondi. La maggior parte delle relazioni riguarda la parola coerente "Ciao". Ma criticamente, l'oggetto di cui il partecipante è a conoscenza cambia frequentemente e può cambiare rapidamente.
Una cosa che dovrebbe essere chiara è che il partecipante tende ad essere consapevole solo di una delle parole alla volta. Quello di cui sono a conoscenza in un dato momento può cambiare rapidamente e frequentemente. Ciò suggerisce che il cervello riconosce che qualcosa non va e cerca di presentare un'immagine stabile all'osservatore, solo che qui il cervello non può decidere quale sia l'immagine stabile giusta.
Da questi dati grezzi, è anche possibile rappresentare graficamente la proporzione di ciascun tipo di report (Figura 4).
Figura 4. Percentuale di segnalazione di ogni categoria di immagine visiva. La maggior parte delle relazioni riguarda chiaramente la parola coerente "Ciao".
Guardare i risultati in questo modo dovrebbe chiarire che anche se l'esperienza del partecipante è cambiata rapidamente e frequentemente, la parola "Ciao" ha dominato. Questo e risultati simili sono presi come prova che il cervello valuta il contenuto di ogni immagine e preferisce portare alla consapevolezza cose che hanno senso, sono familiari e hanno significato.
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Applications and Summary
La rivalità binoculare costituisce la base per la maggior parte dei film e dei giochi 3D, anche se in questi giorni di solito usano altri tipi di filtri, non rossi e ciano. La logica è la stessa: se due immagini sono diverse nei modi giusti e presentate a ciascun occhio separatamente, allora il cervello può essere indotto a vedere il 3D quando la superficie che sta guardando è in realtà 2D, come uno schermo cinematografico.
Se guardi questa immagine (Figura 5) con gli occhiali, dovrebbe sembrare 3D.
Figura 5. Un campione di uno stimolo 3D che sfrutta la rivalità binoculare. In questo caso, le due immagini sovrapposte sono identiche, ma leggermente disallineate. Questo sfrutta il fatto che il cervello usa sempre un leggero disallineamento nelle due immagini che arrivano agli occhi per dedurre le relazioni 3D tra gli oggetti nel mondo.
Negli ultimi anni, la rivalità binoculare è diventata anche uno dei principali paradigmi utilizzati negli studi che cercano di trovare i "Correlati neurali della coscienza", NCC in breve. L'idea è che alcuni eventi nel cervello umano debbano rendere le informazioni – e le informazioni visive in particolare – consapevoli. Cosa sono? La rivalità binoculare consente ai ricercatori con strumenti di neuroimaging di sapere quando la natura dell'esperienza cosciente di una persona sta cambiando improvvisamente, come il partecipante a questa dimostrazione che è passato dal vedere una parola all'altra. I ricercatori possono quindi provare a mappare quei cambiamenti nell'esperienza cosciente su eventi che si svolgono nel cervello in quei momenti. Ad esempio, è noto da un po 'di tempo che diversi stati di veglia - se una persona è addormentata, rilassata o completamente sveglia e persino al limite - ciascuno correla con diverse onde cerebrali, misurate usando l'elettroencefalogramma(Figura 6). La ricerca attuale sta cercando di determinare se i cambiamenti tra gli stati di veglia sono correlati ai cambiamenti nella percezione cosciente, diagnosticati utilizzando il paradigma della rivalità binoculare.
Figura 6. Normali onde cerebrali adulte. Normali onde cerebrali adulte per adulti svegli con attività mentale, svegli e a riposo, dormendo e dormendo profondamente.
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