Come creare e utilizzare rivalità binoculare

Ciascuno dei nostri occhi normalmente percepisce un'immagine leggermente diversa, e il cervello combina queste due immagini in un'unica rappresentazione coerente. Tuttavia, quando agli occhi vengono presentate immagini sufficientemente diverse tra loro, si verifica un andamento di alternanze percettive, in cui un'immagine predomina nella coscienza mentre l'altra viene soppressa. Il predominio alterna tra le due immagini tipicamente ogni pochi secondi.

Questo fenomeno percettivo è noto come competizione binoculare. Per creare uno stimolo di competizione binoculare, a ciascun occhio viene presentata un'immagine diversa nella stessa posizione percepita. Questo video descrive diversi metodi semplici ed economici per creare e utilizzare la competizione binoculare.

Ciao, sono David Carmel. Sono un ricercatore postdottorato presso il Dipartimento di Psicologia della New York University. Ciao, sono Mike Arca e sono uno studente laureato nel Dipartimento di Psicologia della Princeton University.

In questo video descriveremo alcuni metodi semplici ed economici per creare e utilizzare la competizione binoculare. La competizione binoculare è considerata utile per lo studio della selezione percettiva e della coscienza in modelli umani e animali, poiché stimoli invariati inviati a ciascun occhio portano ad alternanze nella coscienza visiva. Esistono diversi modi per generare competizione binoculare, ma i nuovi ricercatori nel campo spesso non sanno quale metodo si adatti meglio alle loro esigenze specifiche.

Il nostro obiettivo è descrivere i vantaggi e gli svantaggi dei metodi più comuni. Cominciamo. La competizione binoculare può essere indotta presentando a ciascun occhio un'immagine diversa e inconciliabile in corrispondenti posizioni retiniche, invece di un'unica immagine combinata; ciò che normalmente vedono gli osservatori è un modello di alternanze percettive in cui l'immagine di ciascun occhio domina la percezione cosciente per un certo periodo, mentre l'immagine dell'altro occhio viene soppressa.

I periodi di dominanza e soppressione si invertono periodicamente, con brevi durate di percezione mista. La competizione binoculare può essere utilizzata per esaminare diverse domande importanti, come: a quali stadi della gerarchia di elaborazione visiva gli eventi neurali si correlano con l'esperienza cosciente? In che modo il cervello risolve la competizione tra stimoli e sceglie quale portare alla coscienza?

Quali aspetti di un'immagine soppressa dalla coscienza possono comunque essere elaborati e in che modo tale elaborazione può influenzare il comportamento? Esistono diversi metodi semplici per creare una presentazione di rivalità binoculare. In questo video vengono illustrati i metodi più diffusi, inclusi i relativi vantaggi e limiti.

Prima di passare ai metodi, dobbiamo affrontare il problema del mantenimento di vergini stabili durante gli esperimenti di rivalità binoculare. Prima di descrivere i metodi specifici per creare la rivalità, è importante menzionare la questione delle vergini stabili, che rappresenta una considerazione fondamentale in tutti i metodi che verranno descritti. Normalmente, i nostri occhi ruotano o compiono movimenti delle vergini in modo tale che la stessa immagine fissata cada su ciascuna fovea.

Tuttavia, il successo dei vergini dipende dal fatto che ciascun occhio veda le stesse cose. Se a ciascun occhio viene presentata un'immagine completamente diversa, i vergini verranno interrotti perché il cervello non avrà informazioni sufficienti per determinare l'angolo corretto del vergine. Ciò potrebbe alterare la competizione binoculare, poiché le due immagini potrebbero non cadere su posizioni retiniche corrispondenti.

Pertanto, oltre alle diverse immagini, la presentazione dovrebbe contenere elementi identici per entrambi gli occhi. Ciò consente agli occhi di mantenere uno sguardo stabile nonostante la differenza tra gli elementi in competizione delle immagini. Solitamente, gli elementi identici stabilizzatori includono un punto di fissazione al centro delle immagini in competizione e una cornice intorno alle immagini.

La cornice può essere uniforme o testurizzata e può avere qualsiasi forma, purché identica in entrambi gli occhi. I movimenti oculari orizzontali non correlati sono più probabili di quelli verticali. Pertanto, invece di una cornice completa, può essere utilizzata una barra testurizzata su ciascun lato di ogni immagine.

Infine, in alcuni studi, un contorno potrebbe essere indesiderabile. Ad esempio, se l'esperimento richiede che gli stimoli compaiano su uno sfondo uniforme, in tali casi è possibile utilizzare linee NUNUs o un'immagine che appare più esterna rispetto allo stimolo, come gli anelli di un bersaglio per freccette. Ora vediamo come indurre la competizione binoculare.

Di seguito verranno esaminate tre opzioni economiche e semplici, tra cui occhiali rosso-blu, lo stereoscopio a specchio e occhiali a prisma che utilizzano occhiali cromatici, in cui il rosso, il blu o il rosso-verde rappresentano un metodo popolare preferito da molti ricercatori poiché è il più semplice e economico da implementare: tutto ciò che serve è un paio di occhiali in cellophane reperibili in molti negozi di giocattoli. In questo caso utilizzeremo occhiali rosso-blu configurati preparando un'immagine visualizzata esclusivamente dal canale blu del monitor e un'altra immagine visualizzata nella stessa posizione sullo schermo esclusivamente dal canale rosso. Ciascuna delle lenti trasmetterà soltanto una delle due immagini, in modo che le due immagini diverse raggiungano le corrispondenti aree retiniche nei due occhi e inizino a competere tra loro.

Le due immagini devono contenere informazioni identiche, come un riquadro o un punto di fissazione, per garantire una visione stabile. Questi elementi identici devono essere di un colore che entrambe le lenti permettano di trasmettere, ad esempio nero o bianco. Si noti che questa tecnica non ha alcuna relazione con la visione del colore.

I colori vengono utilizzati semplicemente per separare le due immagini, inviandone una a ciascun occhio. Questo metodo dovrebbe funzionare anche per osservatori con visione cromatica anomala. I vantaggi dell'uso di occhiali rosso-blu includono il costo molto contenuto dell'attrezzatura e la facilità di preparazione degli stimoli.

Gli occhiali rosso-blu possono essere facilmente utilizzati con tutti i metodi di neuroimmagine, inclusa la risonanza magnetica. Infine, gli occhiali rosso-blu non richiedono la stabilizzazione della testa né la regolazione individuale del dispositivo di visione per ogni osservatore. Gli svantaggi includono il fatto che ogni immagine può contenere solo sfumature di un singolo colore, pertanto non è possibile utilizzare stimoli cromatici.

Le lenti non sono perfette, quindi ci sarà sempre un certo passaggio indesiderato di luce e ciascun occhio vedrà parte dell'immagine destinata all'altro occhio. Questo crea un problema quando si afferma che l'immagine soppressa non è stata percepita del tutto. Il passaggio indesiderato può essere ridotto utilizzando più di un filtro.

Ad esempio, indossare due occhiali uno sopra l'altro, e in particolare occhiali rosso-blu, non funziona bene con la maggior parte degli eye tracker attuali. Passiamo ora al metodo dello stereoscopio a specchio. Gli specchi possono essere facilmente predisposti per inviare un'immagine diversa a ciascuno degli occhi dell'osservatore.

Per prima cosa, preparare due immagini diverse che presentano alcuni elementi identici e visualizzarle affiancate su un monitor. Uno stereoscopio a specchio è facile da costruire: sono sufficienti quattro specchi e supporti su cui montarli. Posizionare due specchi in modo che ciascuno sia vicino a un occhio e a un angolo di 45 gradi rispetto alla linea visiva di quell'occhio; utilizzare un appoggiatesta per stabilizzare la posizione della testa dell'osservatore.

Posizionare un altro specchio su ciascun lato di ciascuno dei primi due specchi, rivolto verso gli stimoli con un angolo di 45 gradi, in modo che ciascuna immagine cada in una posizione corrispondente in ciascun occhio. Le immagini dissimili ora dovrebbero competere tra loro. Nella maggior parte dei casi, è conveniente utilizzare uno tra diversi stereoscopi disponibili in commercio.

Gli occhi di ogni osservatore sono leggermente diversi, quindi posizionando un osservatore davanti al display potrebbe essere necessario regolare gli angoli dello specchio per ottenere delle vergini stabili. Quando si utilizza uno stereoscopio a specchio, è importante assicurarsi che ciascun occhio veda soltanto l'immagine a esso destinata e che questa immagine sia visibile solo nel punto in cui compete con l'altra immagine. In molti casi, ciascun occhio avrà anche una linea di visione diretta verso l'immagine destinata all'altro occhio.

Per bloccare questa indesiderata linea di visione, posizionare un divisore. Ad esempio, un foglio di cartone che si estende dalla linea mediana dello stereoscopio, tra gli occhi dell'osservatore, verso il centro del display, in modo da ostruire la linea di visione verso lo stimolo destinato all'altro occhio. Un ulteriore problema che potrebbe verificarsi è che ciascun occhio potrebbe vedere l'immagine a esso destinata due volte: una volta attraverso lo specchio e un'altra volta direttamente.

Questo provocherà l'apparizione di un'immagine aggiuntiva di ogni stimolo accanto alla posizione in cui avviene la competizione. Per evitare ciò, regolare la relazione tra la posizione delle immagini e la distanza dell'osservatore dallo schermo. Per effettuare queste regolazioni prima dell'inizio dell'esperimento, preparare un'immagine che mostri soltanto le parti della visualizzazione identiche in entrambe le immagini e che venga utilizzata per configurare lo stereoscopio per ciascun osservatore prima di presentare lo stimolo di competizione.

I vantaggi dell'uso di stereoscopi a specchio sono che immagini separate permettono l'utilizzo di stimoli cromatici. Le immagini sono completamente distinte e non possono sovrapporsi l'una all'altra. La preparazione dello stimolo è facile e semplice.

Due immagini presentate affiancate possono competere tra loro. Infine, i stereoscopi possono essere utilizzati in combinazione con il tracciamento oculare. Gli svantaggi includono il fatto che i stereoscopi permettono la presentazione solo di stimoli piuttosto piccoli, poiché solo metà del campo visivo può essere utilizzata per presentare ciascuna immagine.

Gli stereoscopi non possono essere facilmente utilizzati all'interno di una risonanza magnetica, poiché tutti gli elementi dello stereoscopio dovrebbero essere non magnetici e l'allestimento dovrebbe inoltre includere l'inclinazione aggiuntiva dello specchio attraverso cui normalmente si osservano gli stimoli all'interno della risonanza. Infine, gli stereoscopi richiedono una stabilizzazione della testa e un'adeguata regolazione individuale per ogni osservatore. Vediamo ora come utilizzare gli occhiali a prisma.

Il metodo degli occhiali a prisma è una variante dell'idea dello stereoscopio che utilizza occhiali in cui le lenti sono prismi invece di specchi. Come nello stereoscopio a specchio, le immagini stereoscopiche vengono presentate l'una accanto all'altra su un monitor. Le lenti a prisma possono essere acquistate presso qualsiasi fornitore ottico commerciale insieme a montature in plastica.

Ognuno dei prismi devia la luce, facendo apparire oggetti posti lateralmente come se fossero direttamente davanti. Due prismi di questo tipo, orientati in direzioni opposte, agiscono nello stesso modo di uno specchio. Uno stereoscopio, creerebbe l'illusione che due immagini che in realtà sono affiancate fisicamente si sovrappongano nello spazio?

Si noti che quando si utilizzano occhiali a prisma, è comunque necessario usare un divisore poiché ogni occhio può vedere l'immagine dell'altro occhio. Tuttavia, la distanza e le dimensioni del display non devono essere regolate perché ogni immagine ha un solo asse visivo per ciascun occhio. I vantaggi e gli svantaggi degli occhiali a prisma sono simili a quelli dei stereoscopi a specchio, con una grande differenza.

È facile utilizzare occhiali prismi in uno scanner MRI poiché possono essere realizzati in plastica e sono più compatti di un stereoscopio a specchio. Vediamo ora come garantire una completa soppressione delle immagini per affrontare domande di ricerca relative all'elaborazione dell'immagine soppressa. Durante esperimenti di rivalità binoculare, una forma intensa di rivalità nota come soppressione intermittente continua o CFS, abbreviazione di continuous flash suppression, è la più adatta per creare uno stimolo CFS.

Presentare un'immagine con contrasto relativamente basso a un occhio. Questa sarà l'immagine soppressa. Presentare all'altro occhio un'immagine ad alto contrasto e in rapido cambiamento.

Questa sarà la maschera CFS dominante per essere massimamente efficace. La maschera CFS dovrebbe cambiare a una frequenza compresa tra 10 e 20 hertz. Il CFS può essere indotto utilizzando tutti i metodi di competizione descritti in precedenza in questo video, quando si usa un stereoscopio a specchio o occhiali a prisma.

Una maschera CFS composta da molti piccoli elementi colorati è molto efficace. Tuttavia, una maschera CFS composta da elementi in scala di grigi può essere efficace anche quando si utilizzano occhiali rosso-blu. La maschera CFS può essere composta da molti elementi che hanno tutti lo stesso colore.

Se si guarda questo video con occhiali rosso-blu, si verificherà probabilmente una notevole sovrapposizione a causa della compressione video subita per massimizzare le probabilità di soppressione completa. Regolare il livello di contrasto dell'immagine soppressa prima dell'inizio dell'esperimento. Le alternanze tra l'immagine dominante e quella soppressa sono solitamente graduali e possono risultare piuttosto lente, il che significa che una buona parte del tempo di osservazione è occupata da fasi miste.

La forma specifica delle fasi miste varia tra osservatori e per diversi stimoli. Qui vengono mostrate due forme comuni di fasi miste. In primo luogo, nella competizione frammentaria, una fase mista può consistere nell'immagine soppressa che diventa gradualmente dominante attraverso un numero crescente di aree dominanti lungo lo stimolo.

In secondo luogo, una fase mista può verificarsi anche attraverso un'onda di dominanza che si propaga attraverso l'immagine. Per indurre un'onda di questo tipo, introdurre un incremento di contrasto in una parte specifica dell'immagine soppressa. Le alternanze nella rivalità binoculare si verificano a intervalli di durata casuali e indipendenti.

Ciò significa che la durata dell'ultimo intervallo di dominanza non permette di prevedere quanto sarà lungo il successivo. Se le durate di dominanza vengono suddivise in classi di uguale ampiezza, un istogramma che mostra quante durate dominanti si sono verificate per ogni lunghezza tende ad essere ben approssimato da una distribuzione asimmetrica nota come funzione gamma.

Gli effetti delle manipolazioni sperimentali sulle durate e sulla competizione tendono a manifestarsi nella forma della funzione gamma che meglio si adatta in ciascuna condizione. Si verificheranno molte durate di dominanza diverse, ma la probabilità di queste potrebbe essere alterata da fattori di manipolazione come le due immagini. Caratteristiche di basso livello influenzano le durate relative dei periodi di dominanza e soppressione.

Ad esempio, se le due immagini differiscono per contrasto, l'immagine con contrasto maggiore avrà durate di dominanza più lunghe, portando a una distribuzione gamma con una mediana maggiore. Inoltre, osservatori diversi possono produrre distribuzioni gamma diverse per lo stesso insieme di stimoli. È possibile utilizzare i parametri della funzione gamma come variabili dipendenti in un esperimento, ma la relazione tra questi parametri e la forma della distribuzione non è immediatamente evidente.

Pertanto, una misura della tendenza centrale più accessibile può risultare utile. Tuttavia, poiché la distribuzione gamma può essere fortemente asimmetrica, la durata mediana piuttosto che la media rappresenta più spesso in modo adeguato i risultati. L'uso della mediana in una distribuzione non gaussiana implica anche che, a meno che non si disponga di un elevato numero di punti dati, i test statistici pertinenti dovrebbero essere non parametrici.

In questo video abbiamo descritto la natura della competizione binoculare, diversi metodi per indurla e le considerazioni da tenere presenti quando viene utilizzata. Speriamo che la nostra introduzione vi sia utile per sfruttare questo affascinante fenomeno.