gränser i mänsklig neurovetenskap

om Veridicality av Perception

förhållandet mellan verklighet och objekt

sensorisk uppfattning är ofta det mest slående beviset på något sakligt—när vi uppfattar något tolkar vi det och tar det som ”objektivt”, ”verkligt”., Mest självklart kan du uppleva detta med ögonvittne vittnesmål: om ett ögonvittne har ”sett det med blotta ögat”, domare, jurymedlemmar och deltagare tar rapporterna om dessa uppfattningar inte bara som starka bevis, men vanligtvis som faktum—trots de aktiva och förspännande processerna på grundval av uppfattning och minne. Det verkar faktiskt som om det inte finns något bättre, inte mer ”bevis” på att något är saklig kunskap än att ha uppfattat det., Den antagna länken mellan uppfattning och fysisk verklighet är särskilt stark för den visuella känslan—i själva verket granskar vi det bara när synförhållandena har varit olyckliga, när människor har dålig syn eller när vi vet att ögonvittnet var under stress eller saknades i kognitiva fakulteter. När människor behöver ännu mer bevis på verkligheten än via blotta ögat, försöker de intuitivt att röra den analyserade enheten (om det alls är möjligt) för att undersöka det haptiskt., Att känna något vid beröring verkar vara den ultimata perceptuella upplevelsen för att människor ska kunna tala om fysiska bevis (Carbon and Jakesch, 2013).

Vi kan analysera kvaliteten på våra perceptuella erfarenheter enligt standardmetodologiska kriterier. Genom att göra det kan vi regelbundet ta reda på att vår uppfattning verkligen är mest tillförlitlig och också objektiv (Gregory och Gombrich, 1973)—men bara om vi använder standarddefinitioner av ”mål” som att vara överens mellan olika betraktare., Men även om vi uppfyller dessa metodologiska kriterier kan vi inte ge något som bevis på den fysiska verkligheten. Det verkar som att kunskap om objektens fysiska egenskaper inte kan uppnås genom uppfattning, så uppfattningen är varken ”veridisk” eller ”giltig” i ordets strikta mening—egenskaperna hos ”saken i sig” förblir obestämda i någon empirisk mening (Kant, 1787/1998)., Vi ”på ett tillförlitligt sätt” och ”objektivt” kan uppfatta solen går upp på morgonen och ner på kvällen, den fysiska relationer är definitivt annorlunda, som att vi har känt åtminstone sedan Nicolaus Copernicus föreslagna heliocentricism—det kan också vara sunt förnuft att Jorden är en sfäroid för de flesta människor, fortfarande de flesta människor har varken uppfattade Jorden som sfäriska eller representeras det ut som; en anledning till detta är att i det dagliga livet sammanhang en illusion av en plan som fungerar alldeles utmärkt för att guida oss i planering och genomförande av våra handlingar (Kol, 2010b).,

begränsningar av möjligheten till objektiv uppfattning

begränsningarna av uppfattningen är ännu mer långtgående: vår uppfattning är inte bara begränsad när vi inte har tillgång till saken i sig, den är mycket praktiskt begränsad till kvaliteten på bearbetningen och de allmänna specifikationerna för vårt perceptuella system. Till exempel kan vår akustiska känsla bara registrera och bearbeta ett mycket smalt frekvensband som sträcker sig från ca 16 Hz-20 kHz som ung vuxen – detta band blir smalare och smalare med ökande ålder., Vanligtvis är infraljuds-och ultraljudsband inte uppfattbara trots att de är väsentliga för andra arter som elefanter respektive fladdermöss. Uppfattningen av miljön och följaktligen uppfattningen och representationen av världen som sådan är annorlunda för dessa arter-vad skulle vara en elefants favoritmusik, vilken preferens skulle en fladdermus indikera om ”ärligt frågade”? Vad låter infrasonisk akustik och känns som?, Obs: infraljudsfrekvenser kan också uppfattas av människor; inte akustiskt i strikt mening utan via vibrationer-fortfarande är de resulterande erfarenheterna väldigt olika (jfr. Nagel, 1974). För att göra sådan information tillgänglig behöver vi transformationstekniker; till exempel ett Geiger-Müller-rör för att göra joniserande strålning uppfattbar eftersom vi inte har utvecklat något sensoriskt system för att upptäcka och känna detta band av extremt högfrekvent elektromagnetisk strålning.,

men även om vi har tillgång till viss information från miljövärlden, skulle det vara en illusion att tänka på ”objektiv uppfattning” av det—skillnader i uppfattning mellan olika individer verkar vara uppenbara: detta är en orsak till olika personer som har olika smaker, men det är ännu mer extrema: även inom en livstid av en person, de perceptuella egenskaper och kvantiteter som vi kan bearbeta förändring. Äldre människor, till exempel, har ofta gulaktiga hornhinnor vilket ger partisk färguppfattning som minskar förmågan att upptäcka och differentiera blåaktig färgspektra., Så även objektivitet uppfattningar i betydelsen av samförstånd erfarenhet är knappast möjligt, även inom en art, även inom en individ-bara tänka på modefenomen (kol, 2011a), förändringar i smak (Martindale, 1990) eller den så kallade cykel av preferenser (kol, 2010a)! Det är uppenbart att så kallad objektiv uppfattning är omöjlig, det är en illusion.,

illusorisk konstruktion av världen

problemet med idén om veridisk uppfattning av världen intensifieras ytterligare när man tar hänsyn till ytterligare perceptuella fenomen, som visar mycket konstruktiva egenskaper hos vårt perceptuella system. Ett mycket framträdande exempel av detta slag är den perceptuella effekt som uppstår när någon visuell information som vi vill bearbeta faller på området av näthinnan där den så kallade blinda fläcken är belägen (se Figur 1).

intressant är att visuell information som kartläggs på den blinda platsen inte bara tappas—det här skulle vara den enklaste lösningen för den visuella apparaten. Det är inte heller stelt interpolerat, till exempel, genom att bara fördubbla granninformation, men intelligent kompletteras med att analysera innebörden och Gestalt av sammanhanget., Om vi till exempel utsätts för ett par linjer, skulle det perceptuella systemet komplettera den fysiskt icke-befintliga informationen om den blinda platsen med en bästa gissning heuristisk hur linjerna är sammankopplade i varje enskilt fall, vilket ger en mycket nära approximation till ”verkligheten” eftersom den använder mest sannolika lösningar., Slutligen upplever vi tydlig visuell information, till synes i samma kvalitet som den som speglar fysisk uppfattning—i slutändan är den ”fysiska uppfattningen” och den ”konstruerade uppfattningen” av samma kvalitet, också för att den ”fysiska uppfattningen” varken är en skildring av fysisk verklighet, men är också konstruerad av top-down-processer baserade på bästa gissning heuristisk som ett slags hypotesprovning eller problemlösning (Gregory, 1970).,

förutom detta framträdande exempel som hittills har blivit allmänt känt finns en rad ytterligare fenomen där vi kan tala om fullständiga perceptuella konstruktioner av världen utanför utan någon direkt koppling till de fysiska realiteterna. Ett mycket spännande Exempel av detta slag kommer att beskrivas mer detaljerat i följande: när vi gör snabba ögonrörelser (så kallade saccades) undertrycks vårt perceptuella system, vilket leder till att vi är funktionellt blinda under sådana saccades., Faktum är att vi inte uppfattar dessa blinda stunder av livet även om de är mycket frekventa och relativt långa som sådana—faktiskt Rayner et al. uppskattat att typiska fixeringar varar ca 200-250 ms och saccades varar ca 20-40 ms (Rayner et al., 2001), så omkring 10% av vår tid när vi är vakna är mottagliga för sådana undertryckande effekter. I enlighet med andra fyllningsfenomen fylls saknade data med den mest rimliga informationen: en sådan process behöver hypoteser om vad som händer i den nuvarande situationen och hur situationen kommer att utvecklas (Gregory, 1970, 1990)., Om hypoteserna är vilseledande eftersom den underliggande mentala modellen av situationen och dess ytterligare genesis är felaktig, står vi inför ett viktigt problem: det vi sedan uppfattar (eller misslyckas med att uppfatta) är oförenligt med den nuvarande situationen, och så kommer att vilseleda vår kommande åtgärd. I de flesta extrema fall kan detta leda till dödliga beslut: till exempel: om modellen inte konstruerar ett specifikt störande objekt i vår rörelseaxel kan vi sakna information som är nödvändig för att ändra vår nuvarande bana vilket resulterar i en kollisionskurs., I en sådan konstellation skulle vi vara helt överraskade av kraschen, eftersom vi inte skulle ha uppfattat målobjektet alls—det handlar inte om att sakna ett objekt utan om att helt och hållet ignorera det på grund av ett icke-befintligt spår av uppfattning.

trots kunskapen om dessa egenskaper hos det visuella systemet kan vi tvivla på sådana processer som mekanismerna arbetar i så stor utsträckning i de flesta vardagssituationer att det ger den perfekta illusionen av kontinuerlig, korrekt och super detaljerad visuell inmatning., Vi kan dock mycket enkelt illustrera denna mekanism genom att bara observera våra ögonrörelser i en spegel: när vi utför snabba ögonrörelser kan vi inte observera dem genom att direkt inspektera vårt ansikte i spegeln—vi kan bara uppfatta våra fixeringar och ögonens långsamma rörelser., Om vi emellertid filmar samma scen med en videokamera ser hela proceduren helt annorlunda ut: nu ser vi tydligt också de snabba rörelserna; så vi kan direkt uppleva det visuella systemets specifika funktion i detta avseende genom att jämföra samma scen som fångas av två olika fungerande visuella system: vårt eget, mycket kognitivt operativsystem, visuella system och det stelt filmande videosystemet som bara fångar scenramen för RAM utan vidare bearbetning, tolkning och inställning av det.,1 vi kallar detta ögonblick av tillfällig funktionell blindhet fenomen ”saccade blindhet” eller ”saccade suppression”, som återigen illustrerar de illusionära aspekterna av mänsklig uppfattning ”saccadic suppression”, Bridgeman et al., 1975; ”diskussion förtryck”, Ziat et al., 2010). Vi kan använda dessa fenomen för att testa intressanta hypoteser om den visuella miljöens mentala representation: om vi ändrar detaljer om en visuell display under sådana funktionella blinda faser av saccadiska rörelser, blir människor vanligtvis inte medvetna om sådana förändringar, även om mycket viktiga detaljer, t. ex., uttryck för munnen, ändras (Bohrn et al., 2010).

illusioner av Top-Down-processer

Gregory föreslog att uppfattningen visar kvaliteten på hypotesprovningen och att illusioner gör oss tydliga hur dessa hypoteser formuleras och på vilka data de är baserade (Gregory, 1970). En av de viktigaste antagandena för hypotesprovning är att uppfattningen är en konstruktiv process beroende på uppifrån och ner-bearbetning., Sådana top-down-processer kan styras genom kunskap som uppnåtts genom åren, men uppfattningen kan också styras av förformade möjligheter att binda och tolka specifika former som vissa gestalter. Det starka beroendet av uppfattningen på top-down-bearbetning är den viktigaste nyckeln för att säkerställa tillförlitliga perceptuella förmågor i en värld full av tvetydighet och ofullständighet., Om vi läser en text från en gammal Telefax där några av bokstäverna har försvunnit eller blekt ut genom åren, där kaffefläckar har täckt partiell information och där sönderfallsprocesser har förvandlat den ursprungliga vitboken till en gulaktig smulig substans, kan vi vara mycket framgångsrika i att läsa textens fragment, eftersom vårt perceptuella system interpolerar och (åter)konstruerar (se Figur 2)., Om vi känner till eller förstår den allmänna meningen med måltexten kommer vi även att läsa över några avsnitt som inte existerar alls: vi fyller luckorna genom vår kunskap-vi ändrar meningen mot vad vi förväntar oss.

ett känt exempel som ofta citeras och visas i detta rike är den så kallade man-rat-illusionen där en tvetydig skissritning presenteras vars innehåll inte är tydligt dechiffrerbart, men växlar från att visa en man att visa en råtta-ett annat populärt Exempel av detta slag är den bistabla bilden där tolkningen vänder från en gammal kvinna till en ung kvinna en v. v., (se Figur 3)—de flesta tolkar detta exempel som en fascinerande illusion som visar människans förmåga att byta från en mening till en annan, men exemplet visar också en ännu mer spännande process: det vi kommer att uppfatta vid första anblicken styrs huvudsakligen genom den specifika aktiveringen av vårt semantiska nätverk., Om vi har utsatts för en bild av en man tidigare, eller om vi tänker på en man eller har hört ordet ”man”, ökar chansen starkt att vårt perceptuella system tolkar det tvetydiga mönstret mot en skildring av en man – om de tidigare erfarenheterna var mer förknippade med en råtta, en mus eller ett annat djur av sådant slag, kommer vi däremot att tendera att tolka det tvetydiga mönstret mer som en råtta.

Så vi kan bokstavligen säga att vi uppfattar vad vi vet—om vi inte har någon förkunskap om vissa saker kan vi till och med förbise viktiga detaljer i ett mönster eftersom vi inte har någon stark koppling till något meningsfullt. Den intima behandlingen mellan sensoriska ingångar och våra semantiska nätverk gör det möjligt för oss att känna igen bekanta föremål inom några millisekunder, även om de visar komplexiteten hos mänskliga ansikten (Locher et al., 1993; Willis och Todorov, 2006; Kol, 2011b).,

Top-down-processer är kraftfulla i schematiserande och lätta upp perceptuella processer i betydelsen att komprimera” big data ”av de sensoriska ingångarna mot små datapaket med förkategoriserade etiketter på sådana schematiserade” ikoner ” (Carbon, 2008)., Top-down-processer är dock också mottagliga för karakteristiska felaktigheter eller illusioner på grund av deras guidade, modellbaserade natur: när vi bara har en kort tidslucka för en ögonblicksbild av en komplex scen är scenen (om vi har föreningar med den allmänna meningen med den inspekterade scenen alls) så förenklad att specifika detaljer går vilse till förmån för bearbetning och tolkning av den allmänna meningen med hela scenen.,

Biederman (1981) visade imponerande detta genom att exponera deltagarna till en skiss ritning av en typisk gata scen där typiska objekt placeras i en prototypisk miljö, med undantag för att en synlig hydrant i förgrunden inte var placerad på trottoaren förutom en bil men ovanligt direkt på bilen. När människor utsattes för en sådan scen för endast 150 ms, följt av en förvrängd bakåtmask, ”arrangerade de” inställningen av top-down-processer baserat på deras kunskap om brandposter och deras typiska positioner på trottoarer., I detta specifika fall har människor verkligen blivit lurade, eftersom de rapporterar en scen som var i enlighet med deras kunskaper men inte med bedömningen av den presenterade scenen—men för vardagliga handlingar verkar detta oproblematiskt. Även om du verkligen kan förlora länken till den fina detaljerade strukturen hos en viss enhet när du starkt förlitar dig på top-down-processer, fungerar en sådan strävan ganska briljant i de flesta fall eftersom det är en bästa gissning uppskattning eller approximation—det fungerar särskilt bra när vi löper ut ur resurser, t. ex.,, när vi befinner oss i ett visst sätt att pressas för tid och/eller du är engagerad i en serie andra kognitiva processer. I själva verket är ett sådant läge standardläget i vardagen. Men även om vi hade tid och inga andra processer som behövs för att utföras, skulle vi inte kunna behandla de stora uppgifterna om den sensoriska ingången på ett adekvat sätt.

hela idén med denna top-down-bearbetning med schematiserad uppfattning härrör från F. C. Bartletts banbrytande serie experiment i en mängd olika domäner (Bartlett, 1932)., Bartlett visade redan att vi inte läser den fullständiga informationen från en visuell display eller en berättelse, men att vi förlitar oss på schemata som återspeglar kärnan i saker, berättelser och situationer som starkt formas av förkunskaper och dess specifika aktivering (se för en kritisk reflektion av Bartletts metod Carbon och Albrecht, 2012).

Perception as a Grand Illusion

rekonstruera mänsklig psykologisk verklighet

det finns uppenbarligen ett enormt gap mellan de stora data som tillhandahålls av den yttre världen och vår strikt begränsade förmåga att bearbeta dem., Klyftan ökar ännu mer när man tar hänsyn till att vi inte bara måste behandla uppgifterna utan i slutändan måste göra en tydlig känsla av kärnan i den givna situationen. Målet är att göra ett (och bara ett) beslut baserat på entydig tolkning av denna situation för att utföra en lämplig åtgärd. Detta mycket teleologiska sätt att bearbeta behöver hämmande kapacitet för konkurrerande tolkningar för att strikt gynna en enda tolkning som möjliggör snabba åtgärder utan att gräla om alternativ., För att förverkliga en sådan tydlig tolkning av en situation behöver vi en mental modell av den yttre världen som är mycket tydlig och utan tvetydigheter och obestämdhet. Idealt sett är en sådan modell en slags karikatyr av fysisk verklighet: om det finns ett objekt som snabbt ska detekteras, bör figur-markkontrasten t.ex. intensifieras. Om vi behöver identifiera gränserna för ett objekt under ogynnsamma visningsförhållanden är det till hjälp att förbättra övergångarna från en gräns till en annan, till exempel., Om vi enkelt vill diagnostisera modenheten hos en frukt som önskas för att äta, är det mest användbart när färgmättnad förstärks för välbekanta typer av frukter. Vårt perceptuella system har exakt sådana möjligheter att intensifiera, förbättra och förstärka—resultatet är generering av schematiska, prototypiska, skissliknande uppfattningar och representationer. Varje metafor för uppfattning som ett slags verktyg som gör bilder är helt vilseledande eftersom uppfattningen är mycket mer än blåtryck: det är en kognitiv process som syftar till att rekonstruera någon scen i kärnan.,

alla dessa ”intelligenta perceptuella processer” kan lättast demonstreras av perceptuella illusioner: till exempel när vi tittar på den inre horisontella linjen i Figur 4 observerar vi ett kontinuerligt skifte från ljus till mörkgrå och från vänster till höger, även om det inte finns någon fysisk förändring i det grå värdet—i själva verket används endast ett grått värde för att skapa denna region. Illusionen induceras av fördelningen av de perifera gråvärdena som faktiskt visar en kontinuerlig förskjutning av grånivåer, men i omvänd riktning., Fenomenet samtidig kontrast hjälper oss att göra kontrasten tydligare; hjälper oss att identifiera figur-mark relationer lättare, snabbare och säkrare.

en liknande princip för att intensifiera givna fysiska relationer genom det perceptuella systemet är nu känd som Chevreul-Mach-banden (se Figur 5), oberoende introducerad av kemisten Michel Eugène Chevreul (se Chevreul, 1839) och av fysiker och filosof Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach (Mach, 1865). Via processen med lateral inhibering är luminansförändringar från en stapel till en annan överdriven, speciellt vid kanterna av staplarna., Detta bidrar till att skilja mellan de olika områdena och att utlösa kantdetektering av staplarna.

konstruera mänsklig psykologisk verklighet

denna rekonstruktiv förmåga är imponerande och hjälper oss att bli av med tvetydiga eller obestämda uppfattningar. Men kraften i uppfattningen är ännu mer spännande när vi tittar på ett relaterat fenomen. När vi analyserar perceptuella illusioner där enheter eller relationer inte bara förbättras i deras igenkännlighet utan även helt konstruerade utan fysisk korrespondens, kan vi med rätta tala om den ”aktiva konstruktionen” av mänsklig psykologisk verklighet., Ett mycket framträdande exempel är kanizsa-triangeln (Figur 6) där vi tydligt uppfattar illusoriska konturer och relaterade gestalter—faktiskt finns ingen av dem alls i fysisk mening. Illusionen är så stark att vi har känslan av att kunna förstå även hela konfigurationen.

för att upptäcka och känna igen sådana gestalter är mycket viktigt för oss., Lyckligtvis är vi inte bara utrustade med en kognitiv mekanism som hjälper oss att uppfatta sådana gestalter, men vi känner oss också belönade när vi har erkänt dem som gestalter trots obestämda mönster (Muth et al., 2013): i ögonblicket av insikten för en Gestalt den nu bestämda mönster vinster smak (den så kallade ”estetiska-aha-effekt”, Muth och kol, 2013). Detektions – och erkännandeprocessen ger affektivt värde till mönstret vilket leder till aktivering av ännu mer kognitiv energi för att hantera det eftersom det nu betyder något för oss.,

slutsatser

perceptuella illusioner kan ses, tolkas och användas i två mycket olika aspekter: å ena sidan, och det här är den gemensamma egenskapen som tilldelats illusioner, de är vana vid att underhålla människor. De är en del av vår vardagliga kultur, de kan döda tid. Å andra sidan är de ofta utgångspunkten för att skapa insikter. Och insikter, särskilt om de bygger på personliga erfarenheter genom aktivt utarbetade processer, är perfekta förutsättningar för att öka förståelsen och förbättra och optimera mentala modeller (Carbon, 2010b)., Vi kan till och med kombinera båda aspekterna för att skapa ett attraktivt lärande sammanhang: genom att dra människors uppmärksamhet via upphetsande och lekfulla illusioner genererar vi attraktion mot de fenomen som ligger bakom illusionerna. Om människor blir riktigt intresserade, kommer de också att investera tillräckligt med tid och kognitiv energi för att kunna lösa en illusion eller för att få en uppfattning om hur illusionen fungerar. Om de kommer fram till ett högre tillstånd av insikt, kommer de att dra nytta av att förstå vilken typ av perceptuell mekanism som ligger bakom fenomenet.,

Vi kan naturligtvis tolka perceptuella illusioner som funktionsfel som indikerar de typiska gränserna för vårt perceptuella eller kognitiva system-det här är förmodligen standardperspektivet på hela illusionsområdet. I detta avseende är våra system fallbara, långsamma, funktionsfel och ofullkomliga., Vi kan dock också tolka illusoriska uppfattningar som ett tecken på vår otroliga, mycket komplexa och effektiva förmåga att omvandla sensoriska ingångar till att förstå och tolka den nuvarande situationen på ett mycket snabbt sätt för att generera adekvata och målledande åtgärder i god tid (se Gregory, 2009)-denna uppfattning är ännu inte den standard som finns i nybörjartextböcker och typiska beskrivningar eller icke—vetenskapliga papper om illusioner., Genom att ta hänsyn till hur perfekt vi agerar i de flesta vardagliga situationer kan vi uppleva det perceptuella systemets höga ”intelligens” ganska enkelt och intuitivt. Vi kanske inte äger det mest perfekta systemet när vi strävar efter att reproducera själva detaljerna i en scen, men vi kan bedöma kärnbetydelsen av en komplex scen.,

typiska perceptuella processer fungerar så briljant att vi oftast kan agera på lämpligt sätt, och, mycket viktigt för ett biologiskt system, kan vi agera som svar på de sensoriska ingångarna mycket snabbt—detta måste utmanas av alla tekniska, konstgjorda system, och kommer alltid att vara det viktigaste riktmärket för artificiella perceptuella system., Efter Bionics forsknings-och teknikprogram (Xie, 2012), där system och processer av naturen överförs till tekniska produkter, kan vi vara klokt att orientera vår utveckling inom perceptionsområdet till den karakteristiska behandlingen av biologiska perceptuella system och deras typiska beteende när perceptuella illusioner uppstår.

intressekonflikt uttalande

författaren förklarar att forskningen genomfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som kan tolkas som en potentiell intressekonflikt.,

bekräftelser

detta dokument inspirerades starkt av Richard L. Gregorys tal, texter och teorier som jag särskilt tyckte om under de första åren av min forskarkarriär. Resultatet av dessa ”uppfattningar” förändrade min ” uppfattning om verkligheten ”och så vidare” verkligheten ” som sådan. Jag vill också tacka två anonyma granskare som lagt stor möda på att hjälpa mig att förbättra en tidigare version av detta dokument., Sist men inte minst vill jag uttrycka min tacksamhet till Baingio Pinna, Universitetet i Sassari, som redigerat hela Ämne för Forskning tillsammans med Adam Reeves, Northeastern University, USA.

fotnoter

1. ^ Det finns en intressant uppdatering i teknik för att visa denna effekt som lagts fram av en av granskarna., Om du använder den 2: a kameran på din smartphone (den för att skjuta ”selfies”) eller din bärbara kamera och du tittar på dina avbildade ögon mycket nära, är förseningen att bygga upp filmsekvensen till synes lite längre än den saccadiska undertryckningen vilket ger den intressanta effekten av att uppfatta dina egna ögonrörelser direkt. OBS! Jag har provat det och det fungerade, förresten bäst när man använder äldre modeller som kan ta längre tid för att bygga upp bilderna. Du kommer att uppfatta dina ögonrörelser särskilt tydligt när du utför relativt stora saccades, t. ex.,, från vänster periferi till höger och bakåt.