Моделирование восприятия направления потока жидкости: расширение модели V1-MT

Расширение модели V1-MT для оценки восприятия направления потока жидкости

Люди легко воспринимают направление течения жидкости, однако моделирование этого процесса остаётся сложной задачей из-за уникальности неупругого движения. Ранее существующие модели, основанные на нейронной активности в первичной зрительной коре (V1) и средней височной области (MT), успешно объясняли восприятие жесткого движения. В данном исследовании мы расширяем модель V1-MT для анализа восприятия направления потока жидкости. Участники наблюдали видеоклипы с течением жидкости и сообщали о воспринятом направлении, в то время как модель V1-MT использовалась для предсказания этих восприятий. Модель «победитель получает все» не смогла точно отразить наблюдаемые восприятия. В противоположность этому, взвешенное среднее направленных энергий дало сильные предсказания, подчеркивая, что человеческая зрительная система пространственно интегрирует направленные энергии от компонентов неупругого движения. Эти выводы расширяют область применения модели V1-MT к неупругому движению и дают представление о том, как зрительная система преодолевает разрыв между вычислительными моделями жесткого и неупругого восприятия изображения.

Общие принципы восприятия движения

Человеческая зрительная система распознает различные свойства материалов жидкостей на основе визуальных особенностей изображения. Например, вязкость жидкостей можно определить по скоростям их движения, а прозрачность — по частотам пространственно-временной деформации и покрытию линейного движения изображения. Несмотря на значительные достижения, одна важная сторона — как люди воспринимают направление течения жидкости — остаётся в значительной степени неизученной.

Процесс обнаружения движения

Восприятие направления потока жидкости требует обсуждения общих принципов обнаружения движения. Человеческое зрение регистрирует движение через двухступенчатую процессинговую структуру. Первая стадия анализирует спATIо-временные шаблоны яркости, рассматриваемые как обнаружение спATIо-временно наклонённых ориентировочных сигналов. Вторая стадия интегрирует выходные данные от единиц, чувствительных к соседним спATIо-временным ориентирам, разрешая проблему апертуры и определяя направление движения.

Методы эксперимента

В ходе исследования два эксперимента были проведены с участием 30 участников (13 женщин). Эксперимент 1 состоял из 60 испытаний, а Эксперимент 2 — из 60 испытаний, с целью определения воспринимаемого направления потока жидкости. В каждом эксперименте использовались видеоклипы, снятые с интернета, длительностью 4 секунды и 0.167 секунды соответственно.

Аппаратура

Стимула были представлены на жидкокристаллическом мониторе, который был откалиброван для линейного отображения яркости. Использовалась программа PsychoPy для контроля презентации стимулов и сбора данных.

Модель V1-MT для предсказания восприятия

Модель состояла из двух этапов: первый извлекает ориентационную энергию, а второй — направленность энергии, имитируя свойства коры V1 и MT соответственно. Для предсказания воспринимаемого направления потока жидкости были использованы две модели: "победитель получает все" и "взвешенное среднее”.

Результаты

Эксперимент 1 показал, что 46.8% участников были лучше в восприятии направления с использованием модели взвешенного среднего, в то время как результаты "победителя" значительно отклонялись от истинных направлений потока. Аналогичные результаты были получены в Эксперименте 2, поддерживающие идею о том, что восприятие направления потока жидкости более эффективно моделируется через взвешенное среднее, чем через стратегию "победителя".

Обсуждение

Наши результаты указывают на то, что модель взвешенного среднего объясняет восприятие направления потока жидкости значительно лучше, чем модель "победитель получает все". Однако, несмотря на все достижения, требуется дальнейшее исследование, чтобы получить полноценное понимание механизмов восприятия направления потока жидкости. Необходимы дополнительные исследования, чтобы устранить ограничения относительно оценки точности восприятия направления жидкостей и условий, при которых эти ошибки возникают.

Заключение

Этот исследовательский проект не только расширяет понимание действия модели V1-MT, но и подчеркивает важность применения взвешенного среднего в зрительном восприятии, особенно в сложных неупругих движениях. В будущих исследованиях следует рассмотреть и интегрировать другие модели обработки движения, чтобы увеличить точность предсказаний.