Mecanismos cerebrales para la percepción del movimiento:
una mirada desde las ilusiones visuales
Dr. Alejandro Maiche
[email protected]
Centro de Investigación Básica en Psicología
http://blog.psico.edu.uy/cibpsi
Plan de la charla
Presentación: ¿Por qué un psicólogo habla de estos temas?
La Percepción como puente de unión entre la fisiología y los correlatos mentales
Percepción del movimiento: ¿para qué?
¿Qué pasa si no vemos movimiento?
Movimiento y Visión: si está quieto, no lo veo.
Vemos porque algo se mueve….
Movimientos oculares: fenómenos interesantes (change blindness)
El movimiento como una ilusión
Percibimos movimiento directamente (sin necesidad de desplazamiento)
Tiempos en la percepción del movimiento:
Ilusión de Flash-Lag: nuestros experimentos.
La hipótesis de pre-activación (experimentos con L. Gómez y R. Budelli)
Experimentos de duración temporal (experimentos con Ana Pires y Leonel Gómez)
Conclusiones
A modo de presentación:
Motivos para la elección del tema...
O
¿Por qué un psicólogo habla de estos temas?
La psicofísica es el “bisturí del psicólogo”: buscamos identificar,
delimitar y caracterizar fenómenos (perceptivos, en mi caso) que
puedan guiar al fisiólogo en relación a la estructura en la que se
implementa el fenómeno.
La percepción del movimiento es uno de esos temas privilegiados
en cuanto al vínculo entre psicofísica y fisiología.
Percepción del movimiento: un campo tremendamente interdisciplinar.
Wikipedia: ... Motion perception is studied by many disciplines, including psychology (i.e. visual
perception), neurology, neurophysiology, engineering, and computer science.
Percepción del movimiento:
un tema clave para los humanos
Gordon Lynn Walls (que era anatomista) decía:
“If asked what aspect of vision means the most to them, a watchmaker may
answer ‘acuity,’ a night flier ‘sensitivity’, and an artist ‘color.’ But to animals which
invented the vertebrate eye and hold the patents on most features of the human
model, the visual registration of motion was of the greatest importance”
Y tenia razón:
El movimiento visual es fundamental para los seres
humanos…
¿Cómo veríamos el mundo si no
viéramos movimiento?
Gisela Leibold (LM): Ingresa al hospital en 1978 con dolor de cabeza y vértigo.
Médico: Josef Zil
Motion blindness
(la paciente de Munich, 1980)
Akinetopsia
Síndrome neuropsicológico que se produce a partir de un daño en la corteza cerebral
(presumiblemente en el Area V5 o MT) que resulta en una imposibilidad para percibir objetos
en movimiento.
El sujeto percibe una serie de imágenes
estáticas (como si la luz fueran flashes).
Las personas aparecen “de repente”.
Diagnóstico inicial: agorofobia.
... Motion perception is studied by many disciplines, including psychology (i.e. visual perception),
neurology, neurophysiology, engineering, and computer science.
Movimiento: fuente de información.
• Estimación de distancias (paralaje de
movimiento)
• Discriminación figura-fondo
• Identificación de objetos (y no sólo
objetos!)
El principal objetivo del movimiento es crear una representación útil para guiarnos
en el entorno y relacionarnos con otros organismos y objetos
Estimación de distancias
Paralaje de movimiento:
Una ilusión de cada día: un avión que se mueve mas lentamente que un coche…
Percibimos mas lento un avión que un coche?. ¿POR QUÉ?
Entonces; dos objetos que recorren la misma distancia en el espacio en el mismo tiempo (igual velocidad
física) recorrerán diferentes distancias en la retina, dando lugar a diferentes velocidades.
Los objetos cercanos se mueven más rápido en la retina que los objetos lejanos: Ej: avión; “Saltamontes”
El paralaje de movimiento permite estimar la distancia
(a los saltamontes!)
-
¿Por qué los saltamontes mueven la cabeza
antes de saltar? (Wallace, 1959)
-
Las líneas discontinuas de la autopista nos
pasan más rápido cuando se nos acercan.
Wallace, G.K (1959) Visual scanning in the desert locust Schistoreca gregaria. Journal of experimental Biology, 36, 512-525
Discriminación figura-fondo: sólo lo veo cuando se mueve
Reconocimientos de objetos... (y no sólo objetos)
Sólo sé lo que es, cuando se mueve.
-
¿Qué objeto podría ser este?
… ¿y si comenzara a moverse?
-
¿Qué características somos capaces de extraer
del movimiento de 14 puntos?
... Motion perception is studied by many disciplines, including psychology (i.e. visual perception),
neurology, neurophysiology, engineering, and computer science.
Johansson G (1973) Visual perception of biological motion and a model for its analysis. Perception and Psychophysics 14; 201–211
Movimiento y Visión: Vemos porque algo se mueve….
Si está quieto, no lo veo.
Mantenga los ojos
bien quietos
mirando a la cruz
del centro.
Luego de unos 30
segundos los
elementos
estáticos de la
imagen
desaparecerán
NO SE ASUSTE!!
+
Con un simple
parpadeo o
movimiento de
los ojos todo el
mundo reaparecerá
nuevamente.
Siempre se mueve algo en el sistema visual
Movemos los ojos voluntariamente (sácadas) una media de 2 veces por segundo. Casi
100.000 veces al día… (tantas veces como nuestro corazón late (Koch, 2006).
Los psicólogos experimentales medimos los movimientos oculares  Eye tracker!
¿Qué nos dice el recorrido de los ojos cuando buscamos
un objeto de cómo percibimos ?
Los movimientos oculares y la percepción
Los psicólogos medimos los movimientos oculares ya que pensamos que están muy
relacionados con lo que percibimos. De hecho, uno de los pioneros en este sentido…
Yarbus, IA (1967). Eye movements and vision. New York, Plenum Press.
Actualmente, es uno de los temas de investigación con más preguntas
abiertas…a modo de ejemplo:
- ¿Por qué no vemos el mundo borroso o en continuo movimiento?
- ¿Qué imagen vemos mientras los ojos están “viajando”?-- mov de los ojos en el espejo.
- ¿Qué relación tiene esto con la percepción del tiempo?
Movimientos Oculares y Atención Visual:
una combinación que produce efectos impactantes…
Intenta ver que es lo que está cambiando en esta película
¿Es esto una ilusión?
Ceguera a los cambios o la ilusión de no ver lo que cambia
(Change Blindness)
Los seres humanos usualmente no detectamos grandes cambios en
la escena cuando la señal del cambio es brevemente interrumpida
(disrupción visual)
Ej 1
Ej 2
Mas ejemplos aquí.
¿Qué percibimos cuando percibimos movimiento?
Vamos a comprobar
Esta de
rueda…
“El poder
la mente”….
¿Se está
en sentido
Ahora,
piensa
está
moviendo
Piensa
en moviendo
queque
se se
mueve
hacia
la
horario
ohacia
en sentido
anti-horario?
la
izquierda…
derecha….
CONCENTRATE!
Los seres humanos “integramos” el movimiento visual a partir de
una secuencia de imágenes estáticas: en la simulación sólo hay
algunas imágenes estáticas: el resto, “lo pone el cerebro”.
El movimiento es una ilusión
Objetos estáticos que “se mueven”: Los post-efectos de movimiento

La ilusión de la catarata

La ilusión del espiral

La motocicleta que siempre avanza
¿Qué nos dicen estas ilusiones sobre la percepción del
movimiento en el sistema visual humano?
El sistema está capacitado para
codificar directamente el
movimiento, sin pasar previamente
por el cómputo de la distancia.
El movimiento es una dimensión fundamental de la visión y no representa
un proceso cognitivo, sino que es una dimensión sensorial primaria
irreducible. Nakayama (1985)
Esto es lo que posibilita la ejecución de ciertas tareas (grasping, catching,
deportes de precisión, conducir, etc.) en los tiempos adecuados para
garantizar nuestra supervivencia.
El factor tiempo en la percepción del movimiento
¿Percibimos la realidad en el momento que ocurre?
Percibir implica procesar información
y el cerebro –como cualquier máquina
de cómputo- consume TIEMPO en
dicho proceso.
Von Helmholtz (1850); Hursh (1939): la velocidad
del estimulo nervioso es muy variable, pero
indefectiblemente lenta como para vivir “online”
con la realidad física.
El PROBLEMA DE LAS DEMORAS NEURALES:
tema de los mas controvertidos en la literatura científica de los últimos
15 años (aproximadamente han aparecido unos 200 papers en los
últimos 15 años que sugieren diferentes hipótesis).
Simon Thorpe and Michèle Fabre-Thorpe: Fast Visual Processing
and its implications in The Handbook of Brain Theory and Neural
Networks (2nd ed.), M. A. Arbib, ed., MIT Press, 2002.
A 120km/h en una autopista aquellos objetos que están a 5 metros por delante colisionarán conmigo en poco
más de 100 milisegundos…. Pero en ese tiempo, recién se detecta una señal clara en la corteza visual primaria
(V1). ¿Cómo lo hacemos?
Hursh, J. B. (1939). Conduction velocity and diameter of nerve fibers. American Journal of Physiology, 127, 131–39.
La Ilusión de Flash-Lag y el problema de las demoras neurales
¿En qué mitad del círculo aparece la línea roja?
¿mitad izquierda o derecha?
X
Veamos paso a paso lo que verdaderamente
sucedió…
X

La Ilusión de Flash-Lag: es el fenómeno perceptivo por el cual un flash es
percibido retrasado en relación a un objeto móvil cuando físicamente están
co-localizados.
Objeto en movimiento
Realidad
Percepción
•¿Qué análisis de la información visual debe estar haciendo nuestro cerebro para
que percibamos el objeto en movimiento como “adelantado” con respecto al
objeto estático?
•¿Qué mecanismos (fisiológicos) podrían ser buenos candidatos para
implementar este tipo de solución?
Primera hipótesis: EXTRAPOLATION (Nijhawan, 1994)
Motion Extrapolation El SV extrapola la trayectoria de los objetos en
movimiento a fin de compensar el tiempo que supone el procesamiento de la
información; que en el caso del movimiento es fundamental para garantizar la
supervivencia.
Not spatial extrapolation, Differential latencies
(Whitney, D., & Murakami, I. (1998). Nature Reviews Neuroscience; Purushothaman et al (1998). Nature.

The differential latencies hypothesis
proposes that the flash-lag effect
occurs simply because the visual
system responds with a shorter latency
to moving stimuli than to flashed stimuli.

Thus, temporal coincidence of the
neural representation of the two stimuli
occurs when the moving stimulus is
farther along its path rather than when
both stimuli coincide physically
Ok: Diferencias de latencias, pero…
¿CÓMO se hace?
Nosotros (Maiche; Budelli y Gómez; 2007) mostramos experimentalmente la existencia de un
mecanismo implementado a nivel de las conexiones horizontales de la corteza visual que
permite la pre-activación de aquellas zonas hacia dónde el objeto en movimiento se dirige.
Esto determina una ventaja en las latencias de procesamiento de los objetos en movimiento con
respecto a los objetos estáticos.
La idea esta inspirada en trabajos que
vienen de la Fisiología animal:
• Berry et al: Anticipation of moving
stimuli by the retina. Nature 398: 291–
292, 1999
Berry MJ, Brivanlou IH, Jordan TA, Meister M. Anticipation of moving stimuli by the retina. Nature 398: 291–292, 1999
Maiche, A., Budelli, R., & Gómez-Sena, L. (2007). Spatial facilitation is involved in flash-lag effect. Vision Research, 47(12), 16551661. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17445857
Shorter latencies for motion trajectories than for flashes in
population responses of cat primary visual cortex (Jancke et al. 2004).
Las respuestas de células en el área V1 (registrando in vivo en gatos) tienen
latencias más cortas para los objetos móviles que para los objetos que
aparecen bruscamente (destellan).
Jancke et al. (2004) postulan una pre-activación de las áreas que serían
activadas si el objeto móvil continuara en la misma dirección.
Jancke D, Erlhagen W, Schoner G, Dinse HR. Shorter latencies for motion trajectories than for flashes in population responses of cat
primary visual cortex. J Physiol 556: 971–982, 2004
A partir de estas ideas…
Pensamos que si sincronizábamos adecuadamente 2 estímulos en movimiento
para que las pre-activaciones de cada uno de ellos se “sumaran”, entonces
tendríamos que obtener una zona (la de intersección) que estuviera
“doblemente” activada (facilitated spot) y alli el FLE, debería ser mayor.
“Doble” pre-activació
Facilitated Spot
Entonces, podemos esperar incluso una menor latencia para el movimeinto
en esta zona.
Nuestro razonamiento (Maiche, Budelli y Gomez;2007)
Spatial facilitation is involved in flash-lag effect
Si el movimiento pre-activa
las neuronas de la posición
futura, entonces…
Potenciando posiciones
avanzadas del objeto en
movimiento, el efecto
Flash-Lag será mayor.
¿Qué hacemos concretamente?
Experimentos Psicofísicos
En algunos ensayos se presenta un segundo objeto en movimiento que
mueve en dirección hacia la posición siguiente que tendrá el aro después
del flash y en otros ensayos permanece quieto en su posición inicial.
X
Medimos la magnitud del FLE con y sin la presencia del segundo
objeto: 2 condiciones experimentales
¿Cómo medimos la magnitud del FLE?
Mediante la utilización del método psicofísico de los estímulos
constantes:
METODO:
-6 sujetos entrenados.
- 2 condiciones experimentales: con movimiento en el segundo
objeto y sin movimiento
-7 niveles de adelantamiento físico de la línea con respecto al
centro del aro.
-20 ensayos por nivel de adelantamiento y condición
TOTAL: 280 ensayos por sujeto.
Se grafica la Probabilidad de respuestas “adelantado” con
respecto al nivel de adelantamiento físico de la línea (flash).
Delta PSE
Nuevos experimentos con pre-activación
Asincronia Inducida

Si efectivamente la pre-activación reduce la latencia perceptiva,
deberiamos poder provocar una asincronia perceptual en dos
objetos que aparecen simultaneamente en una pantalla.

Para ello, necesitamos pre-activar una zona (primer) mediante
movimiento y comparar con el objeto que aparece en la zona no
pre-activada.

Si estas ideas funcionan, estariamos creando una nueva ilusion
de movimiento aparente a partir de la presentación de dos
objetos simultaneos.
Which one appears first?
Or
Which is the direction of apparent
motion described by the Gaussians
X
And now?
X
No one was first…and there is no
apparent motion between the
Gaussians since they are
simultaneous
X
Diseño experimental
4 sujetos. Tarea de discriminación donde tenian que indicar la dirección percibida del
movimiento aparente configurado por la aparición de dos Gaussianas simultaneas.
3 condiciones experimentales:
Resultados: ¿se mueve hacia la derecha?
1
Movement to the right?
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Experimentos actuales
la pre-activación modula la duración percibida de los objetos

Si efectivamente la pre-activación reduce la latencia perceptiva,
entonces sería lógico pensar que aquellos objetos que se vean
afectados por la pre-activacion duraran más perceptivamente que
los objetos no pre-activados.

Para verificar esta idea tenemso que comparar la duración
percibida de objetos pre-activados con objetos sin pre-activación.
Experimentos actuales:
TAREA: ¿el segundo dura mas que el primero?
Cond. Preactivacion!
No Preactivacion!
Diseño experimental
•Metodo psicofisico de los estímulos constantes.
•9 sujetos
•2 condiciones experimentales:
la primera gaussiana está pre-activada (SI/NO).
•6 duraciones del objeto de comparación (ms):
350, 450, 550, 650, 750, 850
•Duración objeto standard (ms): 500
Resultados preliminares
PIS
Punto de igualacion subjetiva
700
680
660
640
620
PIS
600
580
560
540
520
no PREACT
PREACT
Preactivacion
PIS (pre-activado) =675 ms
PIS (sin pre-activación) =582 ms
Concluyendo…

La percepción del movimiento es uno de esos temas intrigantes que
necesita del aporte de múltiples áreas para que podamos entender
cabalmente cómo funciona.

La psicología, fundamentalmente a través de la psicofísica, puede aportar
cierta luz en cuanto a la complejidad del fenómeno ya que de alguna
manera está preparada para “hacer ver” los mecanismos que pueden estar
en la base del fenómeno perceptivo.

Las ilusiones de movimiento deben ser consideradas como ventanas que
nos permiten ver algunas de las características que el diseño evolutivo ha
seleccionado como las más eficientes.

La psicofísica y la fisioilogía no pueden caminar separadas en esta tarea de
entender el funcionamiento del cerebro humano, pero menos aún cuanod
intentamos conocer el fascinante mundo de nuestra percepción.
Gracias…
En este trabajo colaboraron:
Ana Pires (CIBPsi, UdelaR)
Ignacio Rebollo (CIBPsi, UdelaR)
Fernando Gonzales (CIBPsi, UdelaR)
Ruben Budelli (seccion Biomatemática, CienciasUdelaR)
Leonel Gomez (Lab de Neurociencias, CienciasUdelaR)
Dr. Alejandro Maiche
[email protected]
Centro de Investigación Básica en Psicología
http://blog.psico.edu.uy/cibpsi
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