Summary
Este artigo descreve um novo método para simular e estudar a adaptação no sistema visual.
Abstract
Muitas técnicas têm sido desenvolvidas para visualizar como uma imagem parece um indivíduo com uma sensibilidade visual diferente: por exemplo, por causa das diferenças ópticas ou idade, ou uma deficiência de cor ou doença. Este protocolo descreve uma técnica para a incorporação de adaptação sensorial nas simulações. O protocolo é ilustrado com o exemplo de visão de cor, mas é geralmente aplicável a qualquer forma de adaptação visual. O protocolo utiliza um modelo simples da visão humana de cor com base em hipóteses normalizadas e plausíveis sobre a cor da retina e mecanismos corticais codificação e como estes ajustar a sua sensibilidade para ambos a cor média e gama de cores no estímulo prevalecente. Os ganhos dos mecanismos estão adaptados de modo a que a sua resposta média sob um contexto é equacionado para um contexto diferente. As simulações ajudam a revelar os limites teóricos de adaptação e gerar "imagens adaptadas" que são perfeitamente combinados a um enviro específicanment ou observador. Eles também fornecem uma métrica comum para explorar os efeitos de adaptação em diferentes observadores ou ambientes diferentes. Caracterizar a percepção visual e desempenho com estas imagens fornece uma nova ferramenta para o estudo das funções e consequências da adaptação de longo prazo na visão ou outros sistemas sensoriais.
Introduction
O que o mundo poderia parecer para os outros, ou para nós mesmos como mudar? As respostas a estas perguntas são de fundamental importância para a compreensão da natureza e mecanismos de percepção e as conseqüências de ambas as variações normais e clínicas em codificação sensorial. Uma grande variedade de técnicas e abordagens foram desenvolvidas para simular como imagens pode parecer indivíduos com diferentes sensibilidades visuais. Por exemplo, estes incluem simulações das cores que podem ser discriminados por diferentes tipos de deficiências de cores 1, 2, 3, 4, as diferenças espaciais e cromáticos que podem ser resolvidos por crianças ou observadores mais velhos 5, 6, 7, 8, 9 , como as imagens aparecem na visão periférica <s -se class = "xref"> 10, e as conseqüências de erros ópticos ou doença 11, 12, 13, 14. Eles também têm sido aplicadas para visualizar as discriminações que são possíveis para outras espécies de 15, 16, 17. Tipicamente, tais simulações usar medições das perdas de sensibilidade em populações diferentes para filtrar uma imagem e, assim, reduzir ou eliminar a estrutura que eles têm dificuldade em ver. Por exemplo, as formas comuns de cegueira cor reflectir uma perda de um dos dois comprimentos de onda fotorreceptores sensíveis a médias ou longas, e imagens filtradas para remover os sinais aparecem tipicamente desprovida de "avermelhado-esverdeados" matiz 1. Da mesma forma, as crianças têm a acuidade mais pobres e, assim, as imagens processadas por sua sensibilidade espacial reduzida aparecem borradas . f "> 5 Estas técnicas proporcionam ilustrações inestimáveis de que uma pessoa pode ver que outro não pode No entanto, eles não -. e muitas vezes não têm a intenção de – retratar a experiência perceptiva real do observador, e em alguns casos podem deturpar a quantidade e os tipos de informações disponíveis para o observador.
Este artigo descreve uma nova técnica desenvolvida para simular diferenças na experiência visual que incorpora uma característica fundamental da codificação visuais – adaptação 18, 19. Todos os sistemas sensoriais e motoras ajustar continuamente ao contexto a que estão expostos. Um odor pungente em uma sala desaparece rapidamente, enquanto a visão acomoda à forma como brilhante ou escurecer o quarto é. É importante ressaltar que esses ajustes ocorrem por quase qualquer atributo estímulo, incluindo percepções "de alto nível", tais como as características do rosto de alguém de 20,class = "xref"> 21 ou a sua voz 22, 23, bem como calibrar os comandos motores feitos ao mover os olhos ou para chegar a um objeto 24, 25. Na verdade, a adaptação é provavelmente uma propriedade essencial de quase todo o processamento neural. Este artigo ilustra como incorporar esses efeitos de adaptação nas simulações da aparência das imagens, por, basicamente, "adaptando a imagem" para prever como parece a um observador específico em um estado específico de adaptação 26, 27, 28, 29. Muitos factores que podem alterar a sensibilidade de um observador, mas muitas vezes pode adaptação para compensar aspectos importantes destas alterações, de modo que as perdas de sensibilidade são menos evidentes do que seria previsto assumindo sem que o sistema se adapta. Inversamente, porqueadaptação ajusta a sensibilidade de acordo com o contexto de estímulo atual, esses ajustes também são importantes para incorporar para prever o quanto a percepção pode variar quando o ambiente varia.
O protocolo a seguir ilustra a técnica, adaptando o conteúdo da cor das imagens. Visão de cores tem a vantagem de que os estágios neurais iniciais de codificação de cores são relativamente bem compreendido, como são os padrões de adaptação 30. Os mecanismos e os ajustamentos reais são variadas e complexas, mas os principais consequências de adaptação podem ser capturadas usando um modelo de duas fases convencional (Figura 1a) e simples. Na primeira etapa, os sinais de cor são inicialmente codificada por três tipos de fotorreceptores cone que são maximamente sensível aos comprimentos de onda curto, médio ou longo (S, M, e cones L). Na segunda etapa, os sinais de diferentes cones são combinados dentro de células pós-receptoral para formar "cor-adversário" channels que recebem entradas de antagonistas das diferentes cones (e, assim, transmitir "cor" de informação), e canais de "não-oponente" que resumem as entradas em conjunto cone (assim codificação "brilho" de informação). Adaptação ocorre em ambas as fases, e ajusta-se para dois aspectos diferentes da cor – A média (nos cones) e a variância (em canais de pós-receptoral) 30, 31. O objetivo das simulações é aplicar esses ajustes aos mecanismos de modelo e, em seguida, processar a imagem de suas saídas adaptadas.
O processo de imagens adaptando envolve seis componentes primários. Estes são 1) a escolha das imagens; 2) escolher o formato para os espectros de imagem; 3) que define a alteração da cor do meio ambiente; 4) que define a alteração da sensibilidade do observador; 5) utilizando o programa para criar as imagens adaptados; e 6) usando as imagens para avaliar as consequências da adaptação. Tele seguinte considera cada uma dessas etapas em detalhes. Os modelo e do mecanismo de respostas básicas são ilustrados na Figura 1, enquanto as figuras 2 – 5 mostram exemplos de imagens processadas com o modelo.
Protocol
Representative Results
Discussion
O protocolo ilustrado demonstra como os efeitos de adaptação a uma mudança no ambiente ou o observador pode ser retratado em imagens. A forma este retrato leva dependerá das suposições feitas para o modelo – por exemplo, como a cor é codificada, e como os mecanismos de codificação de responder e se adaptar. Assim, o passo mais importante é decidir sobre o modelo de visão de cores – por exemplo, que as propriedades dos canais hipótese são, e como eles são assumidos para se adaptar. Os outros passos importan…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Financiado pelo National Institutes of Health (NIH) conceder EY-10834.
Materials
| 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) |
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