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Sensation and Perception

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L'effetto Faccia invertita

Overview

Fonte: Laboratorio di Jonathan Flombaum—Johns Hopkins University

Nella percezione, è spesso il caso che la capacità di riconoscere e interpretare stimoli complessi sembra senza sforzo, ma in realtà richiede un'elaborazione complicata e intensiva. Questo perché l'elaborazione è specializzata e automatizzata per alcuni tipi di stimoli molto importanti. Tra i migliori esempi di questo fenomeno c'è l'elaborazione del viso. Le persone non cercano di rilevare e riconoscere i volti. Sembra proprio che accada. Tuttavia, rilevare i volti e distinguerli l'uno dall'altro è in realtà un compito computazionale impegnativo.

Le capacità di riconoscimento facciale umano si basano su calcoli specializzati e reti cerebrali dedicate. Una semplice dimostrazione di questo è l'effetto a faccia invertita. Riconoscere i volti capovolti è molto più difficile che riconoscerli verso l'alto, ma lo stesso non vale per molti altri tipi di oggetti visivi. L'effetto faccia invertita è dimostrato in vari modi. Questo video mostra un paradigma di memoria di codifica incidentale per indagare l'elaborazione facciale e l'effetto faccia invertita.

Procedure

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1. Attrezzature e stimoli

  1. Questo esperimento richiede un computer e un software di scripting dell'esperimento.
  2. Inoltre, l'esperimento richiede una serie relativamente ampia di immagini facciali, preferibilmente con condizioni di illuminazione simili e senza espressioni emotive. Molti database di tali immagini sono disponibili gratuitamente online per scopi di ricerca. Una buona risorsa è il database dei face del MIT: http://web.mit.edu/emeyers/www/face_databases.html#oulu

2. Progettazione

  1. Assembla un set di 80 immagini facciali. Dividili a metà, in due gruppi di 40. Utilizzare un gruppo nella parte di esposizione accidentale dell'esperimento e riservare l'altro gruppo da utilizzare come fogli nella porzione di prova.
    1. Nota che i tuoi due gruppi dovrebbero avere le stesse proporzioni relative di maschi e femmine. In altre parole, se ci sono 25 volti maschili in un gruppo di 40, ce ne dovrebbero essere 25 anche nell'altro.
  2. Il programma di esposizione accidentale
    1. La prima parte dell'esperimento prevede l'esposizione incidentale di un partecipante a una serie di 40 volti attraverso un compito di copertura.
    2. L'esperimento inizia con una schermata "Pronto". Premendo la barra spaziatrice inizia l'esposizione.
    3. Una volta premuta la barra spaziatrice, ciascuna delle 40 facce viene mostrata una alla volta per 1 s. Dopo ogni immagine, viene visualizzata una schermata che dice "Maschio/Femmina?". (Il compito di copertura per il partecipante è quello di segnalare se un volto era maschio o femmina.)
    4. Impostare il programma in modo che avanzi alla faccia successiva dopo che il partecipante ha premuto il tasto M o F (corrispondente a Maschio e Femmina). La Figura 1 schematizza la sequenza di eventi nella fase di esposizione dell'esperimento.
    5. Questa fase dell'esperimento è un totale di 40 prove, una per ogni faccia del set.

Figure 1
Figura 1. Metodi per un paradigma di memoria di codifica incidentale progettato per dimostrare l'effetto faccia invertita. L'esperimento ha due parti. Nella prima parte, chiamata fase di codifica incidentale, i partecipanti osservano una serie di 40 volti, uno per uno, e viene chiesto semplicemente di segnalare se ogni volto è maschio o femmina. Nella seconda fase, al partecipante viene somministrato un test di memoria a sorpresa. In ogni prova, due facce sono mostrate fianco a fianco. Una di ogni coppia è una delle facce mostrate nella fase di codifica, e l'altra, chiamata lamina, è una nuova faccia, mai vista prima dall'osservatore. Il compito è quello di utilizzare i tasti freccia destra e sinistra per indicare quale faccia in ogni coppia è quella vista in precedenza. Fondamentalmente, metà delle coppie di facce appaiono capovolte. La misura di interesse è l'accuratezza del rapporto per il lato destro verso l'alto rispetto alle facce capovolte. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Il programma della fase di test
    1. La parte di prova dell'esperimento comprende anche 40 prove.
    2. Per ogni prova, seleziona casualmente uno dei vecchi volti e uno dei volti precedentemente riservati (dello stesso sesso). Posizionane uno sul lato sinistro dello schermo e uno sulla destra.
    3. Il compito è che il partecipante indichi con il tasto freccia sinistra o destra quale dei volti in una coppia è stato visto prima.
    4. La manipolazione cruciale è che nella metà delle prove, le due facce sono presentate a testa in giù.
    5. Mescola casualmente studi capovolti e verso l'alto.

3. Esecuzione dell'esperimento

  1. Prima dell'inizio dell'esperimento, è una buona idea chiedere al partecipante se ha disabilità visive o difficoltà note e, in particolare, se pensa di avere difficoltà a riconoscere le persone.
  2. Sedere un partecipante a 60 cm dal monitor del computer di presentazione.
  3. Spiegare la fase di codifica al partecipante come segue, senza menzionare la fase di test a venire:
    1. "Questo è un esperimento sulla percezione del viso. In ogni prova, vedrai una singola faccia per un secondo, seguita da una schermata in cui ti verrà chiesto di identificare il sesso del viso che hai appena visto. Premere il tasto M per il maschio e il tasto F per la femmina. Il compito può sembrare molto semplice, poiché stiamo conducendo uno studio con diversi esperimenti, alcuni tra cui stimoli facili da identificare e alcuni con stimoli più impegnativi modificati digitalmente. I risultati, presi insieme, ci aiuteranno a capire i tratti del viso utilizzati per riconoscere il sesso di un viso. Che ti sembri facile o difficile, per favore fai del tuo meglio. Ci sono solo 40 prove e ci vorranno meno di cinque minuti per completarlo".
  4. Avvia il programma e stai nelle vicinanze mentre il partecipante completa questa fase dell'esperimento.
  5. Al termine del partecipante, pronunciare le seguenti condizioni:
    1. "Grazie per aver completato quella parte dello studio. Vorrei che ora faceste un secondo esperimento, che durerà solo cinque minuti. In ogni prova, vedrai due facce, una sul lato sinistro dello schermo e una sul lato destro. Uno dei volti di ogni coppia sarà uno dei volti che hai appena visto, e l'altro sarà un nuovo volto, uno che non è apparso nel compito di giudizio che hai appena fatto. Il vostro compito ora è quello di identificare il "vecchio" volto, quello che è apparso nel compito del giudizio. Utilizzare il tasto freccia sinistra per indicare il volto a sinistra e il tasto freccia destra per il volto a destra. In alcune delle prove, le due facce sono mostrate a testa in giù. Questo è irrilevante: il tuo compito è sempre quello di fare del tuo meglio per identificare il volto che pensi di aver già visto una volta.
    2. Stai in piedi mentre il partecipante completa il test della memoria.

Non cerchiamo di rilevare e riconoscere i volti, succede solo, per inciso.

Sorprendentemente, per un riconoscimento di successo, calcoli complessi ed esigenti devono verificarsi in reti cerebrali dedicate per integrare caratteristiche separate in un volto coeso.

Mentre riconoscere i volti verso l'alto è relativamente facile, identificarli in una posizione capovolta è molto più difficile, anche se questo non è vero per altri tipi di oggetti visivi.

Questo è spesso indicato come l'effetto a faccia invertita e viene utilizzato in esperimenti progettati per indagare su come il riconoscimento facciale avviene sia cognitivamente che nel cervello.

Questo video dimostrerà come progettare ed eseguire, nonché come analizzare e interpretare un esperimento che indaga l'effetto a faccia invertita tramite un paradigma di memoria di codifica incidentale.

In questo esperimento, ai partecipanti viene chiesto di giudicare i volti maschili e femminili in due fasi diverse: esposizione accidentale e test.

Durante la prima parte di esposizione accidentale, al partecipante viene mostrato un set di 40 volti, uno alla volta per 1 s ciascuno.

Dopo che ogni immagine è stata visualizzata, al partecipante viene chiesto di segnalare se era maschio o femmina facendo una pressione del tasto associato. Questo processo imita la nostra naturale capacità di elaborare i volti, per inciso, senza saperlo.

Quindi, per la seconda fase di test, al partecipante vengono mostrate due facce affiancate. Uno è scelto casualmente dalla porzione di esposizione accidentale e l'altro, chiamato lamina, è abbinato al sesso e mai visto prima dal partecipante.

Anche i volti nel periodo di test sono mescolati casualmente, con metà di loro capovolti e l'altra metà, lato destro verso l'alto. Al partecipante viene chiesto di indicare quale dei due è stato visto in precedenza.

In questo caso, la variabile dipendente è il numero di facce correttamente identificate, una semplice misura della precisione della memoria, attraverso orientamenti verticali e invertiti.

Ci si aspetta che i partecipanti si comportino meglio nel ricordare i volti visti in precedenza quando vengono mostrati in posizione verticale, anziché invertiti. Le scarse prestazioni durante l'identificazione delle facce invertite sono note come effetto faccia invertita.

Prima di iniziare l'esperimento, verificare che il partecipante non abbia disabilità visive note o difficoltà nel riconoscere le persone.

Per iniziare, siediti il partecipante a 60 cm dal computer di presentazione. Spiegare le istruzioni per la fase di esposizione accidentale senza menzionare la fase di prova a venire.

Avvia il programma e stai nelle vicinanze mentre il partecipante esegue la prima fase dell'esperimento e completa 40 prove in un periodo di 5 minuti. Si noti che vedono una singola faccia per 1 s e identificano il sesso del viso premendo il tasto "M" per il maschio o "F" per la femmina.

Dopo la fase iniziale, ringraziare il partecipante per aver completato questa parte dello studio e informarlo delle istruzioni per la fase di test successiva.

Ancora una volta, avvia il programma e stai nelle vicinanze mentre completano la seconda fase di memoria di 40 prove. In questa parte, si noti che il partecipante preme il tasto freccia sinistra o destra per indicare quale volto è stato osservato in precedenza.

Per analizzare i dati, è sufficiente calcolare la proporzione di volti correttamente identificati e rappresentare graficamente i risultati dell'accuratezza della memoria per tipo di prova: verticale o invertito.

Si noti che per la maggior parte dei partecipanti visivamente normali, la precisione è molto più elevata quando si identificano i volti che sono verticali anziché invertiti, dimostrando l'effetto faccia invertita.

Le scarse prestazioni con quelli invertiti , quasi il caso - suggeriscono che i meccanismi di elaborazione facciale specializzati sono sintonizzati per sfruttare il fatto che sono quasi sempre sperimentati in un orientamento verticale.

Ora che hai familiarità con la complessità coinvolta nell'elaborazione delle facce invertite, esaminiamo ulteriori scenari di ricerca in cui l'effetto può essere applicato.

Studi di neuroimaging hanno utilizzato l'effetto del viso invertito per identificare le regioni del cervello coinvolte nell'elaborazione specializzata del viso.

Le facce verticali producono una risposta neurale più forte nell'area del viso fusiforme, o FFA, rispetto a quelle invertite, suggerendo che le facce invertite non riescono a coinvolgere neuroni specializzati nell'elaborazione del viso.

Inoltre, il danno cerebrale all'FFA può causare un disturbo noto come prosopagnosia, l'incapacità di riconoscere i volti, incluso il proprio.

Il compito viene spesso utilizzato per diagnosticare la cecità facciale, poiché gli individui prosopagnostici in genere hanno altrettante difficoltà a identificare i volti del lato destro, come fanno con quelli invertiti.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE all'effetto viso invertito. Ora dovresti avere una buona comprensione di come progettare e condurre questo tipo di esperimento implementando la codifica di una serie di volti e recuperando volti familiari a memoria. Dovresti anche sapere come analizzare e interpretare i risultati.

Grazie per l'attenzione!

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Results

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Per analizzare i risultati, è sufficiente calcolare la proporzione di volti correttamente identificati dal partecipante in studi con facce capovolte (invertite) e prove con facce destra verso l'alto (verticali). Confrontare le prestazioni utilizzando un grafico a barre, come illustrato nella Figura 2. Per la maggior parte degli osservatori visivamente normali, la precisione sarà molto più elevata con il montante rispetto alle facce invertite. Tuttavia, questo è un compito difficile e potresti trovare prestazioni inferiori a 0,9 anche per le facce verticali. Per i volti invertiti, le prestazioni possono anche avvicinarsi al caso, 0,5-ciò che un osservatore se solo indovinasse su ogni prova. Le scarse prestazioni con i volti invertiti mostrano che i calcoli specializzati e i meccanismi cerebrali utilizzati per riconoscere i volti sono sintonizzati per sfruttare il fatto che i volti sono quasi sempre sperimentati in un orientamento verticale.

Figure 2
Figura 2 Precisione della memoria per le facce invertite rispetto alle facce verticali. La maggior parte degli osservatori visivi normali mostra prestazioni notevolmente migliori richiamando i volti visti in precedenza quando mostrati in posizione verticale, anziché invertiti. In effetti, con le facce invertite, le prestazioni possono essere vicine al caso (0,5) in un compito come questo. Le scarse prestazioni con le facce invertite sono l'effetto faccia invertita.

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Applications and Summary

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La scoperta che le facce invertite sono difficili da elaborare ha molte applicazioni. Studi di neuroimaging, ad esempio, hanno sfruttato l'effetto per identificare le regioni del cervello coinvolte nell'elaborazione specializzata del viso. Le scansioni cerebrali vengono effettuate quando gli osservatori vedono i volti verticali e invertiti. Le risposte ai due tipi di stimoli vengono quindi confrontate. Entrambi gli insiemi di stimoli hanno proprietà visive molto simili nel complesso, portando ad attività simili in gran parte del sistema visivo. In un'area del cervello, tuttavia, i volti eretti producono una risposta molto più vigorosa rispetto a quelli invertiti, suggerendo che i volti invertiti non riescono a coinvolgere i neuroni specializzati nell'elaborazione del viso. L'area che risponde in questo modo è chiamata giro fusiforme o area della faccia fusiforme (a volte FFA in breve). Questa regione del cervello è implicata in molti altri studi che indagano aspetti specializzati dell'elaborazione del viso.

Una seconda applicazione ha a che fare con un disturbo noto come prosopagnosia. Questo si riferisce a un'estrema difficoltà a riconoscere, a volte anche a rilevare i volti. La prosopagnosia può insorgere a seguito di danni cerebrali al giro fusiforme. Ma ora è noto per apparire anche in persone senza causa nota di danni cerebrali. Un modo in cui viene valutata la prosopagnosia comporta l'effetto faccia invertita. In particolare, gli individui con prosopagnosia non mostrano un tipico effetto di inversione. Sebbene non abbiano più problemi a riconoscere i volti capovolti di quelli a destra verso l'alto, hanno notevoli problemi con quelli a destra in generale. Questa mancanza di un effetto facciale invertito suggerisce che la prosopagnosia è causata dall'assenza di sistemi di elaborazione del viso specializzati, il tipo che sembra sapere che i volti sono solitamente visti a destra verso l'alto.

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