Hoe te maken en gebruiken Verrekijker Rivaliteit

Elk van onze ogen ziet normaal gesproken een iets ander beeld, en de hersenen combineren deze twee beelden tot één samenhangende weergave. Wanneer de ogen echter beelden krijgen gepresenteerd die voldoende van elkaar verschillen, treedt er een patroon van perceptuele wisselingen op, waarbij één beeld de waarneming domineert terwijl het andere wordt onderdrukt. De dominantie wisselt doorgaans elke paar seconden af tussen de twee beelden.

Dit perceptuele fenomeen staat bekend als binoculaire rivaliteit. Om een stimulus voor binoculaire rivaliteit te creëren, krijgt elk oog een ander beeld gepresenteerd op dezelfde waargenomen locatie. Deze video beschrijft verschillende goedkope en eenvoudige manieren om binoculaire rivaliteit te creëren en toe te passen.

Hallo, ik ben David Carmel. Ik ben postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Psychologie van New York University. Hallo, ik ben Mike Arca en ik ben een promovendus bij de afdeling Psychologie van Princeton University.

In deze video beschrijven we enkele goedkope en eenvoudige manieren om binoculaire rivaliteit op te wekken en te gebruiken. Binoculaire rivaliteit wordt als nuttig beschouwd voor het bestuderen van perceptuele selectie en bewustzijn in zowel menselijke als dierlijke modellen, omdat onveranderlijke input in elk oog leidt tot afwisselingen in het visuele bewustzijn. Er zijn verschillende manieren om binoculaire rivaliteit te creëren, maar nieuwkomers in het vakgebied zijn vaak onzeker over welke methode het beste aansluit bij hun specifieke behoeften.

Ons doel hier is om de voor- en nadelen van de meest gebruikte methoden te beschrijven. Laten we beginnen. Binoculaire rivaliteit kan worden opgewekt door elk oog een onverenigbaar verschillend beeld te presenteren op overeenkomstige retinale locaties in plaats van één gecombineerd beeld; wat waarnemers normaal gesproken zien, is een patroon van perceptuele alternaties waarbij het beeld van elk oog voor een bepaalde periode de bewuste perceptie domineert terwijl het andere beeld wordt onderdrukt.

Perioden van dominantie en onderdrukking wisselen periodiek af, met slechts korte intervallen van gemengde perceptie. Binoculaire rivaliteit kan worden gebruikt om verschillende belangrijke vragen te onderzoeken, zoals bij welke stadia binnen de hiërarchie van de visuele verwerking neurale gebeurtenissen correleren met de bewuste ervaring? Hoe lost het brein de competitie tussen stimuli op en kiest het welke stimulus in het bewustzijn wordt gebracht?

Welke aspecten van een beeld dat uit het bewustzijn wordt onderdrukt toch verwerkt kunnen worden en hoe kan een dergelijke verwerking het gedrag beïnvloeden? Er zijn verschillende eenvoudige methoden om een binoculaire rivaliteit-display te creëren. In deze video worden de meest populaire methoden beschreven, inclusief de voordelen en tekortkomingen van elke methode.

Voordat we ingaan op de methoden, moeten we het probleem behandelen van het handhaven van stabiele fixaties tijdens experimenten met binoculaire rivaliteit. Voordat we ingaan op specifieke methoden om rivaliteit op te wekken, is het belangrijk om het vraagstuk van stabiele fixaties te noemen, wat een essentiële overweging is bij alle methoden die beschreven zullen worden. Normaal gesproken draaien onze ogen of maken ze fixatiebewegingen op een manier die ervoor zorgt dat hetzelfde gefixeerde beeld op elke fovea valt.

Succesvolle vergence hangt echter af van het feit dat elk oog hetzelfde ziet. Als aan elk oog een geheel ander beeld wordt gepresenteerd, zal de vergence worden verstoord omdat de hersenen onvoldoende informatie hebben om de juiste vergencehoek te bepalen. Dit kan binoculaire rivaliteit veroorzaken, aangezien de twee beelden mogelijk niet op corresponderende locaties op het netvlies vallen.

Daarom moet het display, naast de verschillende beelden, elementen bevatten die voor beide ogen identiek zijn. Dit stelt de ogen in staat om een stabiele blik te behouden, ondanks het verschil tussen de concurrerende elementen van de beelden. Meestal omvatten dergelijke stabiliserende identieke elementen een fixatiepunt in het centrum van de concurrerende beelden en een kader rondom de beelden.

Het frame kan uniform of getextureerd zijn en elke vorm hebben, zolang het voor beide ogen identiek is. Ongecorreleerde horizontale oogbewegingen komen vaker voor dan verticale. Daarom kan een getextureerde balk aan weerszijden van elke afbeelding worden gebruikt in plaats van een volledig frame.

Ten slotte kan in sommige studies een kader ongewenst zijn. Als het experiment bijvoorbeeld vereist dat stimuli op een uniforme achtergrond verschijnen, is het in dergelijke gevallen mogelijk om NUNU-lijnen of een afbeelding te gebruiken die verder van de stimulus af staat, zoals dartbordringen. Laten we nu kijken naar hoe binoculaire rivaliteit kan worden opgewekt.

Hier bespreken we drie goedkope en eenvoudige opties, waaronder rood-blauwe brillen, het spiegelstereoscoop en prisma-brillen. Het gebruik van chromatische brillen, in het rood, blauw of rood-groen, is een populaire methode die door veel onderzoekers wordt verkozen omdat deze het eenvoudigst en goedkoopst te implementeren is; alles wat men nodig heeft is een paar cellofaanbrillen die in veel speelgoedwinkels verkrijgbaar zijn. We zullen hier rood-blauwe brillen gebruiken door één afbeelding voor te bereiden die uitsluitend door de blauwe straal van de monitor wordt weergegeven, en een andere die op dezelfde locatie op het scherm uitsluitend door de rode straal wordt weergegeven. Elk van de lenzen zal slechts één van de beelden doorlaten, waardoor de twee verschillende beelden op overeenkomstige retina-locaties in de twee ogen vallen en met elkaar beginnen te concurreren.

De twee afbeeldingen moeten identieke informatie bevatten, zoals een kader of een fixatiepunt, om stabiele versmeltingen te waarborgen. Deze identieke elementen moeten in een kleur zijn die door beide lenzen wordt doorgelaten, zoals zwart of wit. Let op dat deze techniek niets te maken heeft met kleurenvisie.

De kleuren worden simpelweg gebruikt om de twee beelden scheiden, zodat elk oog een eigen beeld ontvangt. Dit zou zelfs moeten werken voor waarnemers met een afwijkend kleurzicht. De voordelen van het gebruik van rood-blauwe brillen zijn dat de apparatuur zeer goedkoop is en de stimuli zeer eenvoudig voor te bereiden zijn.

Rood-blauwe brillen kunnen eenvoudig worden gebruikt bij alle neuroimaging-methoden, inclusief MRI. Bovendien vereisen rood-blauwe brillen geen hoofdfixatie of individuele aanpassing van het weergaveapparaat voor elke proefpersoon. De nadelen zijn dat elke afbeelding slechts tinten van één kleur kan bevatten, waardoor chromatische stimuli niet mogelijk zijn.

De lenzen zijn niet perfect, waardoor er altijd sprake zal zijn van enige overlap (bleed-through) en elk oog een deel van het beeld van het andere oog zal zien. Dit vormt een probleem voor de bewering dat het onderdrukte beeld volledig onzichtbaar was. Overlap kan worden verminderd door gebruik te maken van meer dan één filter.

Zo werkt het bijvoorbeeld niet goed met de meeste huidige eye-trackers wanneer men twee brillen draagt, één over de andere, of wanneer men rood-blauwe brillen gebruikt. Laten we nu overgaan naar de methode met het spiegelstereoscoop. Spiegels kunnen eenvoudig worden ingesteld om een verschillend beeld aan elk oog van de waarnemer te presenteren.

Bereid eerst twee verschillende afbeeldingen voor die enkele identieke elementen bevatten en toon deze naast elkaar op een monitor. Een spiegerstereoscoop is eenvoudig te construeren; hiervoor zijn slechts vier spiegels en standaarden nodig om ze in positie te monteren. Plaats twee spiegels zodanig dat elke spiegel zich dicht bij één oog bevindt en onder een hoek van 45 graden ten opzichte van de gezichtslijn van dat oog; gebruik een kinsteun om de positie van het hoofd van de waarnemer te stabiliseren.

Plaats aan weerszijden van elk van de eerste twee spiegels nog een spiegel die onder een hoek van 45 graden naar de stimuli is gericht, zodat elk beeld op een overeenkomstige locatie in elk oog valt. De ongelijksoortige beelden zouden elkaar nu moeten beconcurreren. In de meeste gevallen is het handig om een van de verschillende commercieel verkrijgbare stereoscopen te gebruiken.

De ogen van elke waarnemer verschillen enigszins, waardoor het bij het positioneren van een waarnemer voor het display mogelijk nodig is om de hoeken van de spiegel aan te passen om stabiele virtuele beelden te verkrijgen. Bij het gebruik van een spiegelstereoscoop is het belangrijk om ervoor te zorgen dat elk oog alleen het beeld kan zien dat het zou moeten zien, en dat dit beeld alleen wordt gezien op de locatie waar het samenvalt met het andere beeld. In veel gevallen zal elk oog ook een zichtlijn hebben naar het beeld van het andere oog.

Om deze ongewenste zichtlijn te blokkeren, plaatst u een scheidingswand. Bijvoorbeeld een stuk karton dat vanuit de middellijn van de stereoscoop tussen de ogen van de waarnemer naar het midden van het display loopt, zodanig dat de zichtlijn naar de stimulus voor het andere oog wordt geblokkeerd. Een aanvullend probleem dat kan optreden, is dat elk oog het beeld dat het zou moeten zien mogelijk twee keer ziet: één keer via de spiegel en nogmaals direct.

Dit zal ervoor zorgen dat er van elke stimulus een extra afbeelding verschijnt naast de locatie waar de rivaliteit optreedt. Om dit te voorkomen, moet de relatie tussen de locatie van de afbeeldingen en de afstand van de waarnemer tot het scherm worden aangepast. Om deze aanpassingen te maken voordat het experiment begint, dient er een afbeelding te worden voorbereid die alleen de delen van het display toont die in beide afbeeldingen identiek zijn, welke wordt gebruikt om het stereoscoop voor elke waarnemer in te stellen voordat de rivaliteitsstimulus wordt weergegeven.

De voordelen van het gebruik van spiegelstereoscopen zijn dat gescheiden beelden het gebruik van chromatische stimuli mogelijk maken. De beelden zijn volledig gescheiden en kunnen niet in elkaar overvloeien. De voorbereiding van de stimuli is eenvoudig en ongecompliceerd.

Elke twee afbeeldingen die naast elkaar worden gepresenteerd, kunnen met elkaar concurreren. Ten slotte kunnen stereoscopen in combinatie met eye-tracking worden gebruikt. De nadelen zijn dat stereoscopen alleen de presentatie van vrij kleine stimuli mogelijk maken, omdat slechts de helft van het gezichtsveld kan worden gebruikt om elke afbeelding te presenteren.

Stereoscopen kunnen niet gemakkelijk in een MRI-scanner worden gebruikt, omdat dit zou vereisen dat alle onderdelen van de stereoscoop non-magnetisch zijn, en de opstelling zou ook de extra kanteling van de spiegel moeten bevatten waardoor stimuli in de scanner normaal gesproken worden bekeken. Ten slotte vereisen stereoscopen hoofdstabilisatie en een individuele afstelling voor elke waarnemer. Laten we nu kijken hoe prismabrilen worden gebruikt.

De methode met prismabrillen is een variatie op het concept van de stereoscoop, waarbij brillen worden gebruikt met lenzen die prisma's zijn in plaats van spiegels. Net als bij een spiegel worden stereoscopische beelden zij aan zij op een monitor gepresenteerd. Prismalenzen kunnen bij elke commerciële optische leverancier worden aangeschaft, samen met plastic monturen.

Elk van de prisma's buigt het licht, waardoor objecten die zich aan de zijkant bevinden, recht vooruit lijken te staan. Twee van dergelijke prisma's die in tegenovergestelde richtingen zijn georiënteerd, werken op dezelfde manier als een spiegel. Zouden ze in een stereoscoop de illusie wekken dat twee beelden, die feitelijk fysiek naast elkaar staan, elkaar in de ruimte overlappen?

Let op dat bij het gebruik van prisma-brillen nog steeds een scheidingswand nodig is, omdat elk oog het beeld van het andere oog kan zien. De afstand en de grootte van het display hoeven echter niet te worden aangepast, omdat elk beeld slechts één zichtlijn naar elk oog heeft. De voor- en nadelen van prisma-brillen zijn vergelijkbaar met die van spiegelstereoscopen, met één groot verschil.

Het is eenvoudig om prisma-brillen in een MRI-scanner te gebruiken, aangezien deze van plastic gemaakt kunnen worden en compacter zijn dan een spiegelstereoscoop. Laten we nu bekijken hoe we een volledige onderdrukking van de beelden kunnen waarborgen om onderzoeksvragen te beantwoorden over de verwerking van het onderdrukte beeld. Tijdens experimenten met binoculaire rivaliteit is een sterke vorm van rivaliteit, bekend als continue flash-onderdrukking of kortweg CFS, het meest geschikt om een CFS-stimulus te creëren.

Presenteer een afbeelding met een relatief laag contrast aan één oog. Dit zal de onderdrukte afbeelding zijn. Presenteer een afbeelding met een hoog contrast die snel verandert aan het andere oog.

Dit zal het dominante CFS-masker zijn om maximaal effectief te zijn. Het CFS-masker moet veranderen met een frequentie tussen 10 en 20 hertz. CFS kan worden opgewekt met alle eerder in deze video beschreven rivaliteitsmethoden bij gebruik van een spiegelstereoscoop of prisma-brillen.

CFS-maskers die bestaan uit veel kleine, kleurrijke elementen zijn zeer effectief. Een CFS-masker dat bestaat uit grijswaarde-elementen kan echter ook effectief zijn bij gebruik van rood-blauwe brillen. Het CFS-masker kan bestaan uit veel elementen die allemaal dezelfde kleur hebben.

Als u deze video bekijkt met rood-blauwe brillen, zult u waarschijnlijk veel doorschijning ervaren als gevolg van de videocompressie die is toegepast om de kans op volledige onderdrukking te maximaliseren. Pas het contrastniveau van het onderdrukte beeld aan voordat het experiment begint. Wisselingen tussen het dominante en het onderdrukte beeld verlopen gewoonlijk geleidelijk en kunnen vrij traag zijn, wat betekent dat een aanzienlijk deel van de kijktijd in beslag wordt genomen door gemengde fasen.

De specifieke vorm van gemengde fasen varieert per waarnemer en per stimulus. Hier worden twee veelvoorkomende vormen van gemengde fasen getoond. Ten eerste kan een gemengde fase bij piecemeal rivalry bestaan uit een onderdrukte afbeelding die geleidelijk dominant wordt door een toenemend aantal dominante fragmenten over de stimulus.

Ten tweede kan een gemengde fase ook optreden door een dominantiegolf die over het beeld spoelt. Om zo'n golf op te wekken, wordt een contrasttoename aangebracht in een specifiek deel van het onderdrukte beeld. Wisselingen in binoculaire rivaliteit treden op in willekeurige, onafhankelijke tijdsintervallen.

Dit betekent dat de duur van het laatste dominantie-interval niet voorspelt hoe lang het volgende zal zijn. Wanneer dominantieduurten worden verdeeld in bins van gelijke breedte, neigt een histogram dat laat zien hoeveel dominantieduurten van elke lengte zijn voorgekomen, goed te worden benaderd door een scheve verdeling die bekendstaat als een gammafunctie.

De effecten van experimentele manipulaties op de duur en rivaliteit manifesteren zich doorgaans in de vorm van de best passende gammafunctie in elke conditie. Er zullen veel verschillende dominantieduurperioden optreden, maar de waarschijnlijkheid hiervan kan worden beïnvloed door manipulatiefactoren, zoals de twee afbeeldingen. Kenmerken op laag niveau beïnvloeden de relatieve duur van hun dominantie- en suppressieperiode.

Als de twee afbeeldingen bijvoorbeeld verschillen in contrast, zal de afbeelding met het hogere contrast langere dominantieduurten hebben, wat leidt tot een best-fit gammaverdeling met een hogere mediaan. Daarnaast kunnen verschillende waarnemers verschillende gammaverdelingen opleveren voor dezelfde stimulusset. Het is mogelijk om de parameters van de gammafunctie als afhankelijke variabelen in een experiment te gebruiken, maar de relatie tussen deze parameters en de vorm van de verdeling is niet direct transparant.

Daarom kan een meer toegankelijke maat voor de centrale tendens nuttig zijn. Omdat de gammaverdeling echter sterk scheef kan zijn, is de mediane duur vaker representatief voor de resultaten dan het gemiddelde. Het gebruik van de mediaan bij een niet-Gaussische verdeling betekent tevens dat, tenzij er sprake is van een groot aantal datapunten, de relevante statistische toetsen non-parametrisch moeten zijn.

In deze video hebben we de aard van binoculaire rivaliteit beschreven, verschillende methoden om dit op te wekken en welke overwegingen in acht genomen moeten worden bij het gebruik hiervan. We hopen dat u onze introductie nuttig vindt bij het toepassen van dit fascinerende fenomeen.