Perception and processing of illusory contours [Elektronische Ressource] / von Barbara Dillenburger

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• Psychologie

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• Publié par: eberhard_karls_universitat_tubingen
• Publié le: 01 janvier 2005
• Nombre de lectures: 10
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

Perception and Processing of Illusory Contours
der Fakult˜at fur˜ Biologie
der Eberhard Karls Universit˜at Tubingen˜
zur Erlangung des Grades eines Doktors
der Naturwissenschaften
von
Barbara Dillenburger
aus Dillingen/Saar
vorgelegte
Dissertation
2005i
Tag der mundlic˜ hen Prufung:˜ 12.12.2005
Dekan: Prof. Dr. F. Sch˜o†
1. Berichterstatter: Prof. Dr. C. Wehrhahn
2. Berich Prof. Dr. H. MallotiiCONTENTS
1. Introduction: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1
1.1 History of Illusory Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.1 Erroneous Side Efiects, or important Feature? . . . . . . . . . 6
1.1.2 Psychophysics of Illusory Contours . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.3 Localisation of Contour Processing in Primates . . . 12
1.1.4 Physiological Studies of the Neural Correlate . . . . . . . . . 15
1.1.5 Connectivity: Feedforward, Feedback, or Horizontal? . . . . . 18
1.2 Contextual Efiects on Illusory Contour Processing . . . . . . . . . . 21
1.2.1 Spatial Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.2 Timing Efiects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2.3 Attentional Efiects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3 Proposal of this Thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2. General Methods : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 29
2.1 Psychophysics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1.1 Subjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.3 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2 Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.1 Monitor Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3. Backward Masking of Illusory Contours with Oriented Real Lines : : : : : 35
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.1 Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.2 Subjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.3 Stimuli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.4 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.5 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3 Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3.1 Baseline Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3.2 Backward Masking of Illusory Contours . . . . . . . . . . . . 42
3.3.3 Time Dependency of Masking Efiects . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.4 Dependency on Gap Size: Real or Illusory Contours? . . . . . 46
3.3.5 Illusory Contours as Mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.4.1 Masking of Illusory Contours depends on Orientation . . . . 51
3.4.2 of Contours changes over Time . . . . . . . 51
3.4.3 Possible Mechanisms of Real-Illusory Contour Interaction . . 53
3.4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56iv Contents
4. Contrast dependent Modulations of Illusory Contour Perception : : : : : 59
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2.1 Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2.2 Subjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2.3 Stimuli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2.4 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.2.5 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3 Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3.1 Detectability of Real Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3.2 Perceptual Strength of Illusory Contours . . . . . . . . . . . . 66
4.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.4.1 Measuring Illusory Contour Strength - which Method is pre-
ferrable? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.4.2 Interaction of Real and Illusory Contours . . . . . . . . . . . 74
4.4.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5. Interaction between Real and Illusory Contours over Time : : : : : : : : : 79
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.2.1 Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.2.2 Stimuli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.2.3 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.2.4 Subjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.2.5 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.3 Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.3.1 Contrast Dependency of Parallel Line Efiects . . . . . . . . . 84
5.3.2 Contrast Dep of Orthogonal Line Efiects . . . . . . . 85
5.3.3 Orientation Dependency of Real-Illusory Interaction . . . . . 87
5.3.4 Reliability of the Efiects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.4.1 Induction and Consolidation of Illusory Contour Processing . 94
5.4.2 Evidence for Reverse Oriented Processes . . . . . . . . . . . . 94
5.4.3 A Feedback Model of Illusory Contour Processing. . . . . . . 95
5.4.4 Contextual Efiects depend on Perceptual Strength . . . . . . 97
5.4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6. Contextual Modulation of Illusory Contour Responses in V1? : : : : : : : 101
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.2.1 Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.2.2 Stimuli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.2.3 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.2.4 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.3 Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.3.1 Neural Responses to Illusory Figures and Controls . . . . . . 108
6.3.2 Baseline Activity versus Illusory Contour Responses . . . . . 110
6.3.3 Contextual Modulation of Neural Activity . . . . . . . . . . . 111
6.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.4.1 Illusory Contour Responses in V1? . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.4.2 Context leads to Orientation Reversal . . . . . . . . . . . . . 115
6.4.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116Contents v
7. Outlook : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 117
7.1 Relevance of Real-Illusory Contour Interaction . . . . . . . . . . . . 117
7.2 Perceptual Interaction = Physiological Interaction? . . . . . . . . . . 118
8. Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 121vi Contents1. INTRODUCTION
Seeing things which are not physically existent is normally thought to be a sign of
mental problems rather than part of our normal perception. Schumann, however,
describedin1900with"Scheinkanten"(apparentedges)aperceptofborders,which
had no physical counterpart in the visual scene. Along with descriptions of many
other illusions at this time, including geometric or brightness illusions, the percept
of virtual edges indicated that we are not seeing a true pictorial copy of the world.
Instead, our visual system appears to interpret the physical information available
in an image.
How might this illusion be useful? Virtual contours might, for example, prove
helpful to detect low contrast object borders, thereby enabling object perception
and structuring of a visual scene under most lighting conditions.
One example for this is shown in Fig.1.1. Observers usually see here a photograph
of three kittens curled together: a grey tiger, a black, and a black kitten with white
legs.
Fig. 1.1: ThreeKittens. Theleftpictureshowsthreekittenscurledtogether. Mostcurrent
edge detectors (Sobel algorithm, Gimp 2.0) fail to segregate them. Especially in
the case of the black and black-white kitten, the latter’s white leg is ’detected’
by the algorithm to be a separate object.
AsshownintherightpartofFig.1.1thephysicalcontentintheoriginalphotograph
does not contain su–cient edge information to physically support the percept of
three kittens. Comparing the results of a currently available computational edge
detector (Sobel algorithm, Gimp 2.0) with human perception shows some of the
difierences between physical content and our perception of the scene. Large parts
of the two black cats are not distinguishable from each other by computational
edge detection. Physically, the picture contains one ob