تصور التكيف البصرية

Behavior
 

Summary

توضح هذه المقالة طريقة جديدة لمحاكاة ودراسة التكيف في النظام البصري.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Webster, M. A., Tregillus, K. E. Visualizing Visual Adaptation. J. Vis. Exp. (122), e54038, doi:10.3791/54038 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

وقد تم تطوير العديد من التقنيات لتصور كيف ستظهر صورة لفرد مع حساسية بصرية مختلفة: على سبيل المثال، بسبب خلافات البصرية أو العمر، أو نقص اللون أو المرض. يصف هذا البروتوكول تقنية لدمج التكيف الحسي في المحاكاة. ويوضح البروتوكول مع المثال من رؤية اللون، ولكن لا ينطبق بشكل عام على أي شكل من أشكال التكيف البصري. يستخدم بروتوكول نموذج بسيط من رؤية اللون الإنسان على أساس الافتراضات القياسية ومعقولة حول لون الشبكية وآليات القشرية التشفير وكيف يمكن لهذه ضبط حساسيتها للكل من متوسط ​​اللون ومجموعة من الألوان في التحفيز السائدة. يتم تكييفها مكاسب الآليات بحيث يتم مساواته لهم يعني استجابة تحت إطار واحد لسياق مختلف. المحاكاة تساعد في الكشف عن حدود نظرية التكيف وتوليد "الصور تكييفها" أن تتم مطابقة الأمثل لبيئى معيننمت أو مراقب. وهي توفر أيضا مقياسا مشتركا لاستكشاف آثار التكيف داخل مختلف المراقبين أو في بيئات مختلفة. إن توصيف الإدراك البصري والأداء مع هذه الصور يوفر أداة جديدة لدراسة وظائف ونتائج التكيف على المدى الطويل في الرؤية أو الأنظمة الحسية الأخرى.

Introduction

ما قد تبدو العالم مثل للآخرين، أو إلى أنفسنا ونغير؟ الأجوبة على هذه الأسئلة مهمة بشكل أساسي لفهم طبيعة وآليات الإدراك والعواقب المترتبة على كل من تغيرات طبيعية والسريرية في الترميز الحسي. وقد تم تطوير مجموعة واسعة من التقنيات والنهج لمحاكاة كيفية ظهور الصور للأفراد مع الحساسيات بصرية مختلفة. على سبيل المثال، وتشمل هذه المحاكاة من الألوان التي يمكن أن يكون هناك تمييز من قبل أنواع مختلفة من أوجه القصور لون والاختلافات المكانية واللونية التي يمكن حلها من قبل الأطفال الرضع أو المراقبين السن 9 ، كيفية ظهور الصور في الرؤية المحيطية حتى الطبقة = "XREF"> 10، والنتائج المترتبة على الأخطاء البصرية أو المرض 11 و 12 و 13 و 14. كما تم تطبيقها لتصور التمييز التي من الممكن بالنسبة للأنواع الأخرى 15 و 16 و 17. عادة، مثل هذه المحاكاة استخدام قياسات الخسائر حساسية في مختلف قطاعات السكان لتصفية صورة وبالتالي تقليل أو إزالة هيكل لديهم صعوبة في رؤية. على سبيل المثال، الأشكال الشائعة للعمى الألوان تعكس فقدان واحد من اثنين من المستقبلات الضوئية الحساسة لموجات متوسطة أو طويلة، والصور التي تمت تصفيتها لإزالة إشاراتها عادة تظهر يخلو من الأشكال "المحمر مخضر" 1. وبالمثل، والأطفال الرضع لديهم حدة الفقيرة، وبالتالي فإن الصور المجهزة للحساسية المكانية خفضت من تظهر ضبابية . و "> 5 هذه التقنيات توفر الرسوم التوضيحية التي لا تقدر بثمن ما يمكن أن يرى شخص واحد لا آخر قد ومع ذلك، لم يفعلوا ذلك - وغالبا ما لا يقصد بها - تصوير التجربة الحسية الفعلية للمراقب، وفي بعض الحالات قد تحريف كمية وأنواع المعلومات المتاحة للمراقب.

توضح هذه المقالة تقنية جديدة وضعت لمحاكاة الاختلافات في التجربة البصرية الذي يتضمن سمة أساسية من الترميز البصري - التكيف 18 و 19. جميع الأنظمة الحسية والحركية ضبط باستمرار لسياق ما يتعرضون له. A رائحة نفاذة في غرفة يتلاشى بسرعة، في حين تتسع رؤية لكيفية مشرق أو تعتيم الغرفة. الأهم من ذلك، تحدث هذه التعديلات ما يقرب من أي سمة من الحوافز، بما في ذلك التصورات "رفيع المستوى" مثل خصائص وجه شخص ما 20،الطبقة = "XREF"> 21 أو لهم صوت 22 و 23، وكذلك معايرة الأوامر الحركية قدم عند تحريك العينين أو الوصول لكائن 24 و 25. في الواقع، من المرجح أن يكون التكيف خاصية أساسية من المعالجة العصبية كلها تقريبا. توضح هذه الورقة كيفية دمج هذه الآثار التكيف في محاكاة مظهر من الصور، التي أساسا "التكيف مع صورة" للتنبؤ كيف يمكن ان تظهر لمراقب معين في ظل حالة محددة للتكيف 26، 27، 28، 29. يمكن لعوامل كثيرة يغير حساسية مراقب، ولكن يمكن التكيف غالبا ما تعوض عن جوانب مهمة من هذه التغييرات، حتى يتسنى للخسائر الحساسية هي أقل ظهورا مما كان متوقعا من دون افتراض أن نظام يتكيف. على العكس من ذلك، لالتكيف يضبط حساسية وفقا للسياق التحفيز الحالي، هذه التعديلات مهمة لدمج للتنبؤ بكيفية تختلف كثيرا التصور عندما تختلف البيئة أيضا.

ويوضح البروتوكول التالية تقنية عن طريق تكييف محتوى اللون من الصور. رؤية لون له ميزة أن المراحل الأولية العصبية من لون الترميز مفهومة جيدا نسبيا، وكذلك أنماط التكيف 30. الآليات والتعديلات الفعلية معقدة ومتنوعة، ولكن النتائج الرئيسية للتكيف يمكن تصويرها باستخدام بسيطة ونموذج من مرحلتين التقليدية (الشكل 1A). في المرحلة الأولى، يتم ترميز الإشارات اللونية في البداية من قبل ثلاثة أنواع من المستقبلات الضوئية مخروط التي تعتبر حساسة الحد الأقصى لموجات قصيرة، متوسطة أو طويلة (S، M، L والمخاريط). في المرحلة الثانية، يتم الجمع بين الإشارات من المخاريط مختلفة داخل الخلايا بعد receptoral لتشكيل "لون الخصم" تشاnnels التي تتلقى مدخلات العدائية من المخاريط مختلفة (وبالتالي ينقل "لون" المعلومات)، وقنوات "غير الخصم" أن ألخص معا المدخلات مخروط (وبالتالي الترميز "سطوع" المعلومات). يحدث التكيف في كل المراحل، ويعدل إلى جانبين مختلفين من لون - المتوسط (في المخاريط) والفرق (في القنوات بعد receptoral) 30، 31. الهدف من المحاكاة هو تطبيق هذه التعديلات على آليات نموذج ومن ثم تقديم صورة من مخرجاتها تكييفها.

عملية التكيف الصور تتضمن ستة مكونات رئيسية. هذه هي 1) اختيار الصور. 2) اختيار شكل أطياف الصورة؛ 3) تحديد التغير في لون البيئة؛ 4) تحديد تغيير في حساسية مراقب؛ 5) باستخدام برنامج لإنشاء الصور تكييفها. و6) باستخدام صور لتقييم الآثار المترتبة على التكيف. تيانه التالية تعتبر كل من هذه الخطوات بالتفصيل. وتتضح ردود نموذج وآلية أساسية في الشكل 1، في حين أن الأرقام 2-5 أمثلة تظهر الصور المقدمة مع هذا النموذج.

Protocol

ملاحظة: يوضح بروتوكول يستخدم البرنامج الذي يسمح احد لتحديد الصور وثم تكييفها باستخدام الخيارات المحددة من قبل مختلف القوائم المنسدلة.

1. حدد الصورة للتكييف

  1. اضغط على الصورة وتصفح عن اسم الملف للصورة للعمل مع. لاحظ الصورة الأصلية في الجزء الأيمن العلوي.

2. تحديد الحوافز والمراقب

  1. انقر على "تنسيق" لاختيار كيفية تمثيل الصورة والمراقب.
  2. انقر على خيار "مراقب القياسية" في تصميم نموذج لمراقب قياسي أو متوسط ​​التكيف مع توزيع لون معين. في هذه الحالة، استخدم المعادلات القياسية لتحويل القيم RGB من الصورة إلى الحساسيات مخروط 32.
  3. انقر على خيار "مراقب الفردي" لنموذج الحساسيات الطيفية للمراقب معين. لأن هذه الحساسيات التي تعتمد على الطول الموجي، ويخدع برنامجVERTS قيم RGB من الصورة إلى أطياف بندقية باستخدام أطياف الانبعاثات القياسية أو قياس للعرض.
  4. انقر على خيار "أطياف الطبيعي" لتقريب الأطياف الفعلي في العالم. هذا الخيار تحويل القيم RGB إلى أطياف، على سبيل المثال باستخدام الدالات أساس معيار 33 أو أطياف جاوس 34 لتقريب الطيف المقابلة للون الصورة.

3. حدد الشرط التكيف

  1. التكيف إما نفس المراقب إلى بيئات مختلفة (على سبيل المثال، إلى ألوان غابة مقابل المشهد الحضري)، أو مراقبين مختلفين لنفس البيئة (على سبيل المثال، طبيعية مقابل اللون مراقب ناقص).
    1. في الحالة الأولى، استخدم القوائم لتحديد البيئات. في الأخير، استخدم القوائم لتحديد حساسية المراقب.
  2. لضبط البيئات، حدد "المرجعية" و "اختبار" عضو هيئة الجائزة مديرonments من القوائم المنسدلة. هذه السيطرة على اثنين من ولايات مختلفة من التكيف عن طريق تحميل استجابات آلية لبيئات مختلفة.
    1. اختيار "المرجعية" القائمة للسيطرة على البيئة البداية. هذه هي البيئة ويتم تكييف هذا الموضوع لحين عرض الصورة الأصلية.
      ملاحظة: الخيارات تم precalculated لبيئات مختلفة مبين. وقد استمدت هذه من قياسات السلاسل اللون لمجموعات مختلفة من الصور. على سبيل المثال، فحص تطبيق واحد كيف تصور اللون قد تختلف مع التغييرات في المواسم، وذلك باستخدام الصور معايرة مأخوذة من نفس المكان في أوقات مختلفة (27). دراسة أخرى، واستكشاف كيفية التكيف قد تؤثر التعاليم الألوان عبر مواقع مختلفة، تمثل المواقع عن طريق أخذ عينات صور من فئات مختلفة المشهد 29.
    2. حدد "تعريف المستخدم" بيئة لتحميل قيم بيئة مخصصة. طب التوليدerve نافذة للتصفح وتحديد ملف معين. لإنشاء هذه الملفات للصور مستقلة، وعرض كل صورة ليتم تضمينها (كما في الخطوة 1) ثم انقر فوق الزر "حفظ الردود صورة".
      ملاحظة: هذا سيعرض نافذة حيث يمكن للمرء أن إنشاء أو إلحاق إلى ملف اكسل تخزين الردود على كل صورة. لإنشاء ملف جديد، أدخل اسم الملف، أو تصفح لملف موجود. بالنسبة للملفات الموجودة، تتم إضافة الردود على الصورة الحالية والردود على جميع الصور وبلغ متوسط ​​تلقائيا. هذه المتوسطات هي مدخلات للبيئة إشارة عند تحديد ملف مع الخيار "تعريف المستخدم".
    3. حدد "اختبار" القائمة للوصول إلى قائمة من بيئات عن الصورة المراد تعديلها. حدد الخيار "الصورة الحالية" لاستخدام استجابات آلية للصورة المعروضة.
      ملاحظة: يفترض هذا الخيار الموضوعات والتكيف مع الألوان في الصورة التي يجري حاليا عرضها. وإلا اختيار واحد من رانه precalculated البيئات أو "يحددها المستخدم" خيار لتحميل بيئة الاختبار.

4. حدد الحساسية الطيفية المراقب

ملاحظة: بالنسبة للآثار التكيف من بيئات مختلفة، والمراقب وعادة ما تظل ثابتة، ويتم تعيين إلى الافتراضي "مراقب القياسية" مع متوسط ​​الحساسية الطيفية. هناك 3 قوائم لتحديد حساسية الطيفية الفردية، التي تتحكم في كمية صبغة فحص أو الحساسيات الطيفية المراقب.

  1. انقر على قائمة "عدسة" لتحديد كثافة الصباغ العدسة. خيارات مختلفة تسمح لأحد أن يختار ما يميز كثافة من مختلف الأعمار.
  2. انقر على قائمة "البقعة" لبالمثل تحديد كثافة الصباغ البقعي. لاحظ هذه الخيارات من حيث ذروة كثافة الصباغ.
  3. انقر على قائمة "المخاريط" لاختيار بين المراقبين لارؤية ثلاثية الألوان rmal أو أنواع مختلفة من رؤية ثلاثية الألوان الشاذة.
    ملاحظة: بناء على الخيارات ويحدد البرنامج مخروط الحساسيات الطيفية للمراقب ومجموعة من 26 قناة postreceptoral التي تجمع بين خطي الإشارات مخروط إلى اللون والإنارة المختلفة تركيبات تقريبا عينة موحد.

5. التكيف مع صورة

  1. انقر على زر "التكيف".
    ملاحظة: هذا ينفذ رمز لحساب ردود المخاريط وآليات ما بعد receptoral إلى كل بكسل في الصورة. يتم تحجيم الاستجابة بحيث استجابة سيلة لتوزيع اللون التكيف يساوي الردود متوسط ​​لتوزيع إشارة، أو حتى أن متوسط ​​استجابة هي نفسها بالنسبة لمراقب الفردية أو إشارة. التحجيم هو المضاعف لمحاكاة فون Kries التكيف 35. ثم يتم تقديم صورة جديدة عن طريق جمع الردود الآلية وتحويل إلى قيم RGB للعرض. تفاصيل ALGيتم إعطاء orithm في 26 و 27 و 28 و 29.
  2. ملاحظة ثلاث صور جديدة على الشاشة. وصفت هذه ك 1) "unadapted" - كيف يجب أن تظهر اختبار صورة لشخص تتلاءم مع البيئة المرجعية؛ 2) "التكيف مخروط" - وهذا يدل على صورة تعديل فقط للتكيف في المستقبلات. و3) "التكيف الكامل" - وهذا يدل على الصورة التي تنبأ بها التكيف الكامل إلى تغيير في البيئة أو المراقب.
  3. انقر على زر "حفظ الصور" لحفظ ثلاث صور المحسوبة. مراقبة نافذة جديدة على الشاشة لاستعراض المجلد وحدد اسم الملف.

6. تقييم آثار التكيف

ملاحظة: المرجع الأصلي وتكييفها الصور محاكاة كيف يجب أن تظهر نفس الصورة تحت الدولتين من adapta غرارنشوئها، والأهم من ذلك، تختلف فقط بسبب حالة التكيف. وبالتالي فإن الاختلافات في الصور توفر نظرة ثاقبة الآثار المترتبة على التكيف.

  1. تبدو بصريا على الاختلافات بين الصور.
    ملاحظة: فحص بسيط من الصور يمكن أن تساعد في إظهار كيف يمكن أن تختلف كثيرا رؤية الألوان عند الذين يعيشون في بيئات مختلفة الألوان، أو مقدار التكيف قد تعوض لتغيير حساسية في المراقب.
  2. تحديد هذه الآثار التكيف باستخدام تحليلات أو القياسات السلوكية مع الصور لتقييم تجريبيا العواقب المترتبة على التكيف 29.
    1. قياس مدى التغيرات ظهور اللون. على سبيل المثال، مقارنة الألوان في الصورتين لقياس مدى فئات اللون أو التحول بروز الإدراك الحسي عبر بيئات أو مراقبين مختلفة. على سبيل المثال، استخدام يحلل التغيرات في اللون مع التكيف لحساب مقدار الأشكال الفريدة (على سبيل المثال، نقية الأصفر أو الأزرق) يمكن نظريا ضدآرى بسبب الاختلافات في بيئة اللون المراقب 29.
    2. نسأل كيف يؤثر على التكيف مع حساسية بصرية أو الأداء. على سبيل المثال، استخدام الصور تكييفها للمقارنة بين ما إذا كان البحث البصري للون الجديد هو أسرع عندما يتم تكييفها المراقبين أول من ألوان الخلفية. إجراء التجربة عن طريق إضافة على الصور مجموعة من الأهداف وdistractors ألوان مختلفة والتي تم تكييفها مع الصور، مع أوقات رد الفعل قياس لتحديد موقع الهدف الغريب 29.

Representative Results

أرقام 2-4 توضيح المحاكاة التكيف مع التغيرات في المراقب أو البيئة. الشكل 2 يقارن ظهور توقع الحياة لا يزال سيزان مع التفاح للمراقب الأصغر والأكبر سنا الذين يختلفون فقط في كثافة عدسة الصباغ 28. الصورة الأصلية كما يتضح من خلال العين الأصغر سنا (الشكل 2A) تظهر اصفرارا من ذلك بكثير وباهتة من خلال عدسة أكثر المصطبغة كثيفة (الشكل 2B). (التحولات المقابلة في متوسط اللون ولوني الردود هو موضح في الشكل 1C). ومع ذلك، والتكيف مع متوسط تخفيض تغيير الأطياف كلها تقريبا من تغيير اللون والمظهر (الشكل 2C). يتم استرداد استجابة اللون الأصلي تماما تقريبا من التكيف في المخاريط، بحيث التغييرات على النقيض اللاحقة لها تأثير يذكر.

الإقليم الشمالي "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> ويبين الشكل 3 قزحيات فان جوخ تصفيتها لمحاكاة مظهر اللون في مراقب deuteranomalous، الذي صباغ متبدل بالضوء العادي M هو تحول في ذروة الحساسية لفي غضون 6 نانومتر من L صباغ متبدل بالضوء 28 . التكيف في المخاريط بضبط مرة أخرى للاللونية يعني التحفيز، ولكن L M مقابل يتناقض من أصباغ الشاذة ضعيفة (الشكل 3B)، وضغط ردود آلية على طول هذا المحور (1D الشكل). وقد اقترح أن فان جوخ قد بالغت في استخدام الألوان للتعويض عن نقص اللون، لأن الألوان هو صور قد تبدو أكثر طبيعية عندما ترشح للنقص، ولكن على النقيض من التكيف مع انخفاض التناقضات يتوقع أن الصورة يجب مرة أخرى "تظهر" تشبه الى حد بعيد مبصر الألوان الثلاثة الطبيعي والشاذ (الشكل 3C)، حتى لو كان هذا الأخير قد أضعف بكثير حساسية جوهرية لL 36 و 37.

ويبين الشكل 4 المحاكاة للتغيير البيئي، من خلال محاكاة كيف يمكن لصورة ضبابية يصور الشروق مونيه (البحرية) قد تظهر لمراقب تتلاءم مع ضباب (أو لفنان تتلاءم مع لوحاته). قبل التكيف تظهر الصورة غامضة وأحادية اللون إلى حد كبير (الشكل 4A)، وبالمقابل الردود الآلية على النقيض من صورة ضعيفة (الشكل 1E). ومع ذلك، والتكيف مع كل من التحيز لوني يعني وانخفاض المقابل لوني (في هذه الحالة لتتناسب مع ردود آلية للمشاهد في الهواء الطلق نموذجي) طبيعتها ويوسع التدرج اللوني ينظر بحيث تعادلمجموعة من التعاليم اللون الذي شهدته الساحة في الهواء الطلق مضاءة جيدا (الشكل 4B).

وأخيرا، يوضح الشكل (5) اثنين من الأمثلة المذكورة في قسم 6.2 من بروتوكول لاستخدام نموذج لدراسة رؤية الألوان. ويبين الشكل 5A ومونسل لوحة تحت التكيف مع البيئة الخصبة أو الجافة، في حين أن الشكل 5B يرسم التحولات في المحفزات لوحة المطلوبة لتظهر الأحمر النقي والأخضر والأزرق، أو الأصفر، وعندما يتم تكييفها نفس المراقب لمجموعة من مختلف مقلد البيئات. هذا النطاق غير قابلة للمقارنة لقياس مدى التحفيز الفعلي لهذه الألوان التنسيق كما تم قياسها تجريبيا في مسح اللون العالم 29. بدلا من ذلك يظهر الشكل 5C كيف تظهر مجموعة من الألوان جزءا لا يتجزأ من قبل أو بعد التكيف مع سطح المريخ. تكييف مجموعة للصورة التي تقودها أوقات رد الفعل إلى أقصر بكثير لإيجادالألوان فريدة من نوعها في مهمة البحث والبصرية 29.

شكل 1
الشكل 1: نموذج. أ) وعلى غرار الردود على آليات مع الحساسيات من المخاريط (التي تتكيف مع متوسط التحفيز) أو مزيج postreceptoral من المخاريط (التي تتكيف مع الفرق التحفيز. ب) يتم ضبطها كل آلية postreceptoral إلى اتجاه مختلف في color- مساحة الإنارة، كما يدل على ذلك ناقلات. لمحاكاة يتم احتساب 26 الآليات التي عينة الفضاء في 45 ° فترات (كما هو موضح لL M مقابل وS مقابل طائرة LM، وL M مقابل وطائرة الإنارة). ج) الردود من الآليات في equiluminant (L M مقابل وS مقابل LM الطائرة) إلى الصور في أعلى ووسط لوحة من الشكل 2. يعني الردود المقابل هي SHخاصة في 22.5 ° فترات بشكل كامل تصوير توزيع ردا على ذلك، على الرغم من ويستند هذا النموذج على القنوات في 45 ° فترات. في الصورة الأصلية (الشكل 2A) واللونية نفسه بالقرب الرمادي (0،0) ومتحيزة الألوان على طول محور مزرق مصفر. زيادة كثافة عدسة المراقب تنتج تحولا كبيرا في المتوسط نحو الأصفر (الشكل 2B). د) على النقيض من الاستجابات للصور هو مبين في الشكل 3A و 3B. يتم ضغط التناقضات مخروط في النص الأصلي (الشكل 3A) على طول مقابل L M محور للون نقص مراقب (الشكل 3B). ه) على النقيض من الاستجابات للصور هو مبين في الشكل 4A & 4B. يتم توسيع الردود التباين المنخفض للصورة الأصلية (الشكل 4A) بعد التكيف، والذي يطابق الردود يعني أن اللوحة للردود FOرا توزيع اللون نموذجية من المشاهد الطبيعية في الهواء الطلق (الشكل 4B). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2: محاكاة الآثار من عدسة شيخوخة. لا تزال الحياة سيزان مع التفاح (أ) المصنعة لمحاكاة عدسة الشيخوخة (ب) والتكيف مع عدسة (ج). مجاملة صورة رقمية لمحتويات البرنامج المفتوح جيتي ل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل (3): Simulatiنانوغرام الشاذة رؤية ثلاثية الألوان. قزحيات فان جوخ (أ) محاكاة انخفاض لون يتناقض في مراقب لون ناقص (ب)، وظهور توقع مراقبين تتكيف تماما مع انخفاض النقيض (ج). مجاملة صورة رقمية لمحتويات البرنامج المفتوح جيتي ل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4: محاكاة التكيف مع البيئة على النقيض منخفضة. مونيه الشروق (البحرية). تتم معالجة الصورة الأصلية (أ) لمحاكاة مظهر اللون بالنسبة لمراقب تتكيف مع التناقضات منخفضة في مشهد (ب). وقد تم ذلك عن طريق ضبط حساسية حساسية كل آلية لذلكأن متوسط ​​ردا على الألوان في لوحات تساوي متوسط ​​ردا على الألوان قياس لمجموعة من المشاهد الخارجية الطبيعية. مجاملة صورة رقمية لمحتويات البرنامج المفتوح جيتي ل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. باستخدام نموذج لدراسة الأداء المرئي. أ) لوحة مونسل جعلت تحت التكيف مع ألوان البيئة الخصبة أو الجافة. ب) رقائق في لوحة التي يجب أن تظهر نقية الأحمر والأخضر والأزرق، أو الأصفر بعد التكيف مع مجموعة واسعة من البيئات مختلفة الألوان. رموز ضوء مظللة مؤامرة نطاق متوسط ​​التحديدات رقاقة من لغات مسح اللون العالم. ج) الصور من سطحالمريخ لأنها قد تظهر لمراقب تتكيف مع الأرض أو المريخ. تظهر بقع فرضه أمثلة من المحفزات وأضاف للمهمة البحث والبصرية، وتشمل مجموعة من distractors الملونة بشكل موحد وهدف مختلف الألوان واحد. د) في التجربة تم قياس مرات البحث لتحديد موقع الهدف الغريب، وكانت أقصر بشكل كبير داخل الصور تكييفها تكييفها المريخ. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

يوضح البروتوكول يتضح كيف آثار التكيف مع التغير في البيئة أو المراقب يمكن تصويرها في الصور. شكل هذا التصوير يأخذ سوف تعتمد على الافتراضات لنموذج - على سبيل المثال، كيف يتم ترميز اللون، وكيف يمكن للآليات الترميز الاستجابة والتكيف. وهكذا فإن أهم خطوة هي تحديد على نموذج لرؤية الألوان - على سبيل المثال ما خصائص القنوات المفترضة هي، وكيف يفترض أنهم على التكيف. الخطوات المهمة الأخرى هي لتعيين المعلمات المناسبة لخصائص البيئات اثنين أو اثنين من الحساسيات مراقب، ان كنت التكيف بين.

نموذج موضح بسيط جدا، وهناك العديد من الطرق التي هي غير مكتملة ويمكن توسيعها حسب الطلب. على سبيل المثال، لا يتم ترميز معلومات اللون بشكل مستقل من حيث الشكل، والمحاكاة يتضح عدم اتخاذ أي حساب الهيكل المكاني للالصور أو حقول تقبلا العصبية، أو من التفاعلات المعروفة عبر آليات مثل تطبيع المقابل 38. وبالمثل، يتم إعطاء كل بكسل في الصور وزنا متساويا، وبالتالي فإن المحاكاة لا تتضمن العوامل المكانية مثل كيف يتم أخذ عينات الكواليس مع حركات العين. ومن المفترض التكيف في نموذج أيضا لتمثيل القياس المضاعف البسيط. هذا هو المناسب لبعض أشكال التكيف لوني ولكن قد لا تصف التغييرات استجابة عند مستويات ما بعد receptoral بشكل صحيح. وبالمثل، فإن وظائف استجابة التباين في النموذج هي الخطية، وبالتالي لا تحاكي وظائف الاستجابة الفعلية من الخلايا العصبية. وجود قيود مهم آخر هو أن المحاكاة يتضح لا تتضمن الضوضاء. إذا حدث هذا الضجيج في أو قبل مواقع للتكيف، ثم التكيف قد ضبط كل من الإشارة والضجيج، وبالتالي قد يكون لها آثار مختلفة جدا على المظهر والأداء البصري 39. طريق واحد الىمحاكاة تأثيرات الضجيج هو أن أعرض الاضطرابات عشوائية في حافز 28. ومع ذلك، فإن هذا لا تحاكي ما هذا الضجيج "يشبه" لمراقب.

كما اقترح الأمثلة يتضح، يمكن أن المحاكاة التقاط خصائص عديدة من الخبرة اللون الذي ليست واضحة عند النظر فقط لحساسية الطيفية وعلى النقيض من المراقب، وفي وظيفة معينة إلى تسليط الضوء على أهمية التكيف في تطبيع إدراك اللون والتعويض عن حدود حساسية المراقب. وفي هذا الصدد، توفر تقنية عددا من المزايا والتطبيقات لتصور أو توقع التعاليم البصرية. وتتضمن ما يلي:

المحاكاة أفضل من البديل الرؤية

كما لوحظ، تصفية صورة لحساسية مختلفة يكشف ما واحد التجارب عندما يتم تغيير المعلومات في الصورة، ولكن لا أقل بشكل جيد في التنبؤ بما لأن المراقب أن حساسية تجربة. وكمثال على ذلك، والتصحيح الرمادي تصفيتها لمحاكاة عدسة اصفرار العين مراقب الأكبر سنا يبدو اصفرارا 9. لكن مراقبين السن الذين اعتادوا على العدسات سن بدلا وصف وربما يرى حرفيا التحفيز كما رمادي 40. كما هو موضح هنا، وهذا هو نتيجة طبيعية للتكيف في النظام البصري 28، وبالتالي دمج هذا التكيف المهم لتصور أفضل التعاليم الفرد.

آلية مشتركة توقع المراقبون الاختلافات بين وبين البيئات

وتتركز معظم تقنيات المحاكاة في التنبؤ بالتغيرات في المراقب. ومع ذلك، هناك أيضا مدفوعة التكيف بشكل روتيني من قبل التغيرات في العالم 18 و 19. الأفراد مغمورة في بيئات بصرية مختلفة (على سبيل المثال، في المناطق الحضرية مقابل الريفية، أو عمعرف مقابل الخصبة) يتعرضون لأنماط مختلفة جدا من التحفيز الذي قد يؤدي إلى ولايات مختلفة جدا من التكيف 41 و 42. وعلاوة على ذلك، وتزداد هذه الاختلافات بين الأفراد الاحتلال التخصصات المختلفة في مجتمع يزداد المتخصص والتقني (على سبيل المثال، فنان، الأشعة، لاعب لعبة فيديو، أو الغواص). التعلم والخبرة الحسية وقد درست على نطاق واسع ويعتمد على العديد من العوامل 43 و 44 و 45. ولكن واحدة من هذه قد تكون بسيطة تعرض 46 و 47. على سبيل المثال، حساب واحد من تأثير "العرق الآخر"، والتي المراقبين هم الأفضل في المميزة يواجه مع العرق منطقتنا، هو لأنها تتكيف مع وجوه كانت تواجه عادة 48 و 49. يوفر التكيف المشتركmmon متري لتقييم أثر مقابل تغيير حساسية تغيير التحفيز على الإدراك، وبالتالي للتنبؤ كيف اثنين من المراقبين مختلفة قد تواجه نفس العالم مقابل وضع نفس المراقب في عالمين مختلفين.

تقييم الآثار على المدى الطويل من التكيف

التكيف مع الواقع المراقبين ومن ثم قياس مدى حساسيتها وتغيير النظرة هي تقنية النفسية راسخة والتحقيق على نطاق واسع. ومع ذلك، وتقتصر هذه القياسات عادة إلى التعرض على المدى القصير دقائق أو ساعات دائم. تشير أدلة متزايدة على أن التكيف يعمل أيضا على فترات زمنية أطول بكثير التي هي أكثر صعوبة لاختبار تجريبي 50، 51، 52، 53، 54. محاكاة التكيف له ميزة دفع ادابيذكر الكساء للحدود على المدى الطويل النظرية، وبالتالي استكشاف الجداول الزمنية التي ليست عملية تجريبيا. كما يسمح لاختبار عواقب الإدراك الحسي للتغيرات تدريجية مثل الشيخوخة أو المرض تدريجيا.

تقييم الفوائد المحتملة من التكيف

وهناك مشكلة تتعلق هي أنه في حين تم اقتراح العديد من الوظائف للتكيف، وتحسين الأداء غالبا ما تكون غير واضحة في الدراسات التكيف على المدى القصير، وهذا قد يكون في جزء منه بسبب هذه التحسينات لا تنشأ إلا على فترات زمنية أطول. اختبار مدى المراقبين يمكن أن تؤدي المهام البصرية المختلفة مع الصور تكييفها لمحاكاة هذه الجداول الزمنية يوفر طريقة جديدة لاستكشاف الفوائد الحسية وتكاليف التكيف 29.

آليات الاختبار من Visual الترميز والتكيف

يمكن للالمحاكاة تساعد على تصور ومقارنة كل من نماذج مختلفة من لي البصريةchanisms ونماذج مختلفة لكيفية ضبط هذه الآليات حساسيتها. ويمكن لهذه المقارنات تساعد في الكشف عن الأهمية النسبية لمختلف جوانب الترميز المرئي لأداء البصري والإدراك.

التكيف مع صور لالمراقبون

لدرجة أن التكيف واحد يساعد على رؤية أفضل، وتوفر هذه المحاكاة أداة قوية لتطوير نماذج لمعالجة الصور التي يمكن تسليط الضوء على المعلومات للمراقبين أفضل. هذه التقنيات تحسين الصورة على نطاق واسع، ولكن تصميمها على النهج الحالي لتعديل الصورة في السبل التي يمكن للدماغ الفعلي يعدل، وبالتالي لمحاكاة استراتيجيات الترميز الفعلية التي تطورت النظام البصري لاستغلالها. تجهيزها الصور بهذه الطريقة يمكن من حيث المبدأ إزالة الحاجة للمراقبين للتأقلم بصريا في بيئة جديدة، وذلك بدلا من تعديل الصور لمباراة ينص التكيف التي المراقبين موجودون حاليا في 26،

قد يبدو غير واقعي تشير إلى أن استطاع التكيف في خصم ممارسة بالكامل تقريبا تغيير حساسية من التعاليم لدينا، ولكن هناك العديد من الأمثلة حيث تفعل التعاليم تظهر تتأثر الخلافات حساسية درامية 55، وأنه هو مسألة تجريبية كيف كاملة التكيف هو عن أي نظرا الحالة - واحد أن تتكيف الصور يمكن أن تستخدم أيضا لمعالجة. في أي حال، إذا كان الهدف من ذلك هو تصور التجربة الحسية مراقب، ثم تأتي هذه المحاكاة يمكن القول أقرب إلى تميز هذه التجربة من المحاكاة التقليدية القائمة فقط على تصفية الصورة. وعلاوة على ذلك، لأنها توفر أداة جديدة للتنبؤ واختبار عواقب وظائف التكيف الحسي 29. مرة أخرى هذا التكيف في كل مكان في معالجة الحسي، ويمكن استغلالها نماذج مماثلة لاستكشاف أثر التكيف على سمات بصرية أخرى والصورة الأخرىenses.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

بدعم من المعاهد الوطنية للصحة (NIH) منحة EY-10834.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Computer
Images to adapt
Programming language (e.g., Visual Basic or Matlab)
Program for processing the images
Observer spectral sensitivities (for applications involving observer-specific adaptation)
Device emmission spectra (for device-dependent applications)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Vienot, F., Brettel, H., Ott, L., Ben M'Barek, A., Mollon, J. D. What do colour-blind people see? Nature. 376, 127-128 (1995).
  2. Brettel, H., Vienot, F., Mollon, J. D. Computerized simulation of color appearance for dichromats. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 14, 2647-2655 (1997).
  3. Flatla, D. R., Gutwin, C. So that's what you see: building understanding with personalized simulations of colour vision deficiency. Proceedings of the 14th international ACM SIGACCESS conference on Computers and accessibility. 167-174 (2012).
  4. Machado, G. M., Oliveira, M. M., Fernandes, L. A. A physiologically-based model for simulation of color vision deficiency. IEEE Trans. Vis. Comput. Graphics. 15, 1291-1298 (2009).
  5. Teller, D. Y. First glances: the vision of infants. the Friedenwald lecture. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 38, 2183-2203 (1997).
  6. Wade, A., Dougherty, R., Jagoe, I. Tiny eyes. Available from: http://www.tinyeyes.com/ (2016).
  7. Ball, L. J., Pollack, R. H. Simulated aged performance on the embedded figures test. Exp. Aging Res. 15, 27-32 (1989).
  8. Sjostrom, K. P., Pollack, R. H. The effect of simulated receptor aging on two types of visual illusions. Psychon Sci. 23, 147-148 (1971).
  9. Lindsey, D. T., Brown, A. M. Color naming and the phototoxic effects of sunlight on the eye. Psychol Sci. 13, 506-512 (2002).
  10. Raj, A., Rosenholtz, R. What your design looks like to peripheral vision. Proceedings of the 7th Symposium on Applied Perception in Graphics and Visualization. 88-92 (2010).
  11. Perry, J. S., Geisler, W. S. Gaze-contingent real-time simulation of arbitrary visual fields. International Society for Optics and Photonics: Electronic Imaging. 57-69 (2002).
  12. Vinnikov, M., Allison, R. S., Swierad, D. Real-time simulation of visual defects with gaze-contingent display. Proceedings of the 2008 symposium on Eye tracking research. 127-130 (2008).
  13. Hogervorst, M. A., van Damme, W. J. M. Visualizing visual impairments. Gerontechnol. 5, 208-221 (2006).
  14. Aguilar, C., Castet, E. Gaze-contingent simulation of retinopathy: some potential pitfalls and remedies. Vision res. 51, 997-1012 (2011).
  15. Rowe, M. P., Jacobs, G. H. Cone pigment polymorphism in New World monkeys: are all pigments created equal? Visual neurosci. 21, 217-222 (2004).
  16. Rowe, M. P., Baube, C. L., Loew, E. R., Phillips, J. B. Optimal mechanisms for finding and selecting mates: how threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus) should encode male throat colors. J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural. Behav. Physiol. 190, 241-256 (2004).
  17. Melin, A. D., Kline, D. W., Hickey, C. M., Fedigan, L. M. Food search through the eyes of a monkey: a functional substitution approach for assessing the ecology of primate color vision. Vision Res. 86, 87-96 (2013).
  18. Webster, M. A. Adaptation and visual coding. J vision. 11, (5), 1-23 (2011).
  19. Webster, M. A. Visual adaptation. Annu Rev Vision Sci. 1, 547-567 (2015).
  20. Webster, M. A., Kaping, D., Mizokami, Y., Duhamel, P. Adaptation to natural facial categories. Nature. 428, 557-561 (2004).
  21. Webster, M. A., MacLeod, D. I. A. Visual adaptation and face perception. Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 366, 1702-1725 (2011).
  22. Schweinberger, S. R., et al. Auditory adaptation in voice perception. Curr Biol. 18, 684-688 (2008).
  23. Yovel, G., Belin, P. A unified coding strategy for processing faces and voices. Trends cognit sci. 17, 263-271 (2013).
  24. Shadmehr, R., Smith, M. A., Krakauer, J. W. Error correction, sensory prediction, and adaptation in motor control. Annu rev neurosci. 33, 89-108 (2010).
  25. Wolpert, D. M., Diedrichsen, J., Flanagan, J. R. Principles of sensorimotor learning. Nat rev Neurosci. 12, 739-751 (2011).
  26. McDermott, K., Juricevic, I., Bebis, G., Webster, M. A. Human Vision and Electronic Imaging. SPIE. Rogowitz, B. E., Pappas, T. N. 68060, V-1-10 (2008).
  27. Juricevic, I., Webster, M. A. Variations in normal color vision. V. Simulations of adaptation to natural color environments. Visual neurosci. 26, 133-145 (2009).
  28. Webster, M. A., Juricevic, I., McDermott, K. C. Simulations of adaptation and color appearance in observers with varying spectral sensitivity. Ophthalmic Physiol Opt. 30, 602-610 (2010).
  29. Webster, M. A. Probing the functions of contextual modulation by adapting images rather than observers. Vision res. (2014).
  30. Webster, M. A. Human colour perception and its adaptation. Network: Computation in Neural Systems. 7, 587-634 (1996).
  31. Webster, M. A., Mollon, J. D. Colour constancy influenced by contrast adaptation. Nature. 373, 694-698 (1995).
  32. Brainard, D. H., Stockman, A. OSA Handbook of Optics. Bass, M. 10-11 (2010).
  33. Maloney, L. T. Evaluation of linear models of surface spectral reflectance with small numbers of parameters. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 3, 1673-1683 (1986).
  34. Mizokami, Y., Webster, M. A. Are Gaussian spectra a viable perceptual assumption in color appearance? J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 29, A10-A18 (2012).
  35. Chichilnisky, E. J., Wandell, B. A. Photoreceptor sensitivity changes explain color appearance shifts induced by large uniform backgrounds in dichoptic matching. Vision res. 35, 239-254 (1995).
  36. Boehm, A. E., MacLeod, D. I., Bosten, J. M. Compensation for red-green contrast loss in anomalous trichromats. J vision. 14, (2014).
  37. Regan, B. C., Mollon, J. D. Colour Vision Deficiencies. Vol. XIII. Cavonius, C. R. Springer. Dordrecht. 261-270 (1997).
  38. Carandini, M., Heeger, D. J. Normalization as a canonical neural computation. Nature reviews. Neurosci. 13, 51-62 (2011).
  39. Rieke, F., Rudd, M. E. The challenges natural images pose for visual adaptation. Neuron. 64, 605-616 (2009).
  40. Hardy, J. L., Frederick, C. M., Kay, P., Werner, J. S. Color naming, lens aging, and grue: what the optics of the aging eye can teach us about color language. Psychol sci. 16, 321-327 (2005).
  41. Webster, M. A., Mollon, J. D. Adaptation and the color statistics of natural images. Vision res. 37, 3283-3298 (1997).
  42. Webster, M. A., Mizokami, Y., Webster, S. M. Seasonal variations in the color statistics of natural images. Network. 18, 213-233 (2007).
  43. Sagi, D. Perceptual learning in Vision Research. Vision res. (2011).
  44. Lu, Z. L., Yu, C., Watanabe, T., Sagi, D., Levi, D. Perceptual learning: functions, mechanisms, and applications. Vision res. 50, 365-367 (2009).
  45. Bavelier, D., Green, C. S., Pouget, A., Schrater, P. Brain plasticity through the life span: learning to learn and action video games. Annu rev neurosci. 35, 391-416 (2012).
  46. Kompaniez, E., Abbey, C. K., Boone, J. M., Webster, M. A. Adaptation aftereffects in the perception of radiological images. PloS one. 8, e76175 (2013).
  47. Ross, H. Behavior and Perception in Strange Environments. George Allen & Unwin. (1974).
  48. Armann, R., Jeffery, L., Calder, A. J., Rhodes, G. Race-specific norms for coding face identity and a functional role for norms. J vision. 11, 9 (2011).
  49. Oruc, I., Barton, J. J. Adaptation improves discrimination of face identity. Proc. R. Soc. A. 278, 2591-2597 (2011).
  50. Kording, K. P., Tenenbaum, J. B., Shadmehr, R. The dynamics of memory as a consequence of optimal adaptation to a changing body. Nature neurosci. 10, 779-786 (2007).
  51. Neitz, J., Carroll, J., Yamauchi, Y., Neitz, M., Williams, D. R. Color perception is mediated by a plastic neural mechanism that is adjustable in adults. Neuron. 35, 783-792 (2002).
  52. Delahunt, P. B., Webster, M. A., Ma, L., Werner, J. S. Long-term renormalization of chromatic mechanisms following cataract surgery. Visual neurosci. 21, 301-307 (2004).
  53. Bao, M., Engel, S. A. Distinct mechanism for long-term contrast adaptation. Proc Natl Acad Sci USA. 109, 5898-5903 (2012).
  54. Kwon, M., Legge, G. E., Fang, F., Cheong, A. M., He, S. Adaptive changes in visual cortex following prolonged contrast reduction. J vision. 9, (2), 1-16 (2009).
  55. Webster, M. A. Handbook of Color Psychology. Elliott, A., Fairchild, M. D., Franklin, A. Cambridge University Press. 197-215 (2015).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics