Chapter 6. Object Recognition
Two Paths in Visual Information Processing Primary visual cortex 1Ventral pathway toward anterior temporal regions What pathway 2Dorsal pathway toward parietal regions Where pathway
1. The What Ventral Visual System Ventral visual-processing stream Occipital Occipitotemporal temporal regions responsive only to visual information Challenges of Visual Object Recognition in Mammals 3D world 2D retina 3D reconstruction in mind Overcome variations in retinal size, position, and orientation
1) Evidence from Nonhuman Primates What makes the What region cells fire? 1 단순한 자극은 posterior region의(v2) : color, texture, length, width, orientation, direction of motion, spatial frequency 보다 복잡한 자극은 anterior region의(pit&ait) : Hands, faces 2 anterior region에 있는세포의receptive field가 posterior region보다 더큼 foveal regions을 항상포함하는큰receptive field object recognition 가능하게하는기전 3 Ventral processing stream에 있는 세포들은 color에 민감 figure-ground separation을 효율적으로 하는 기전
2) Evidence from Humans Human object recognition 영역 lateral occipital cortex (LOC) the fusiform face area the parahippocampal place area Object recognition 의 특징 form-cue invariance : independent of the form of the visual cue perceptual constancy : retinal size, position, illumination, vantage point
인간의물체재인과정에대한관점 1 dedicated modules for specific classes of objects : temporal lobe has a variety of regions tuned to identifying very specific classes of objects. eg. Fusiform Face Area, Parahippocampal Place Area, exstrastriate body area 2 distributed network : different types of objects are all processed across this entire set of brain regions, and what varies for each class of object is the pattern of activation across the regions. 3 hybrid model
Lateralized Ventral Visual Processing Pathway Local processing & global processing Hierarchical stimuli를 이용한 실험 (Navon, 1977) 우반구 : global information 좌반구 : local information 1 Lesion studies left lesion: local information processing 장애 right lesion: global information processing 장애 2 Visual Field presentation hierarchical stimuli에서 부분적인 정보와 전체적인 정보가 일치하는 조건(Z-z)보다 불일치하는 조건(M-z)에서 반응시간이 더 길어짐. esp. when identifying local info global precedence 전체 정보와 부분적인 정보는 병렬적이고 비교적 독립적으로 처리됨
2. Computational Models of Object Recognition Classic computational model of object recognition (Marr, 1982) : 물체 재인을 위해, 뇌는 망막의 정보들로부터 추리하여 시각 세 계에 대한 일련의 표상을 구성함. 세가지main representation primal sketch : 망막에 들어온 시각 정보의 rough draft. 선, 모서리 명세할 수 있도록 도와줌 2 1 2-D representation : 표면의상대적깊이에대한정보제 공 3-D representation : orient invariant, volumetric representation
뇌가 어떻게 물체를 지각하는가? 1 Object-centered representation에 기초한 모델 RBC (Recognition by component) theory An object is specified as a particular set of geons arranged in a particular spatial configuration 2 Viewer-centered representation에 기초한 모델 : 사물의 특정한 local area들의 배열과 이미 뇌 속에 저장된 사물 의 정보를 비교해서 특정한 사물을 인지 이 두 기제를 통해 처리되는 정보가 상호보완적으로 물체 재인 에기여할수있음
Agnosia Without Knowledge Freud가 처음명명 It was not result of disruptions in sensory processes but rather reflected an inability to gain access to previous knowledge or information about a sensory experience Modality Specific
3. Visual Agnosia Inability to recognize a visual object 시각 정보 처리의 결함이나, 기억장애로인한것이아님. Visual modality specific 종류 1890s, Lissauer가 구분하기 시작 1 apperceptive agnosia 2 associative agnosia
Apperceptive vs. Associative Apperceptive agnosia 시각 정보가 초보적인 수준에서는 처리되지만 의미있 는전체(percept)가 지각될 수 있도록 이 정보들을 통합 하는데 실패 Associative agnosia 시각정보를 통합하여 의미있는 전체(percept)를 형성 할 수 있지만, 그 percepts를 저장되어 있는 지식과 연 결시키지 못함 사물을 볼 수는 있지만, 그것이 무엇인지 모름
1) Apperceptive Agnosia Classical Apperceptive Agnosia 밝기, 색깔, 선 방향, 움직임 등 의 기초적인 시각 정보는 처리 할 수 있으나 이를 통합하여 contuor 와 같이보다복잡한 시각정보를 추출해내지 못함. 주로 일산화탄소 중독에 의한 occipital lobe과 주변영역 (ventral visual-processing)의 전반적인 외상에서 기인 Perceptual categorization에 장애가 있는 것과 구별할 필요 가 있음.
Different Type of Apperceptive Agnosia: Perceptual categorization에 장애가 있는 경우 지각적 범주화 (Perceptual categorization) : 감각체계 로 들어오는 정보에는 변화 가 있어도 같은 사물로 물체 를 범주화하는 것 지각적 조직화(Perceptual organization)는 온전하지만, 윤곽정보가 일부 손상되었거 나 겹쳐져 있는 경우, 혹은 사물이 친숙하지 않은 비전 형적인 모습을 하고 있을 때 에는 재인 실패(atypical position or lighting) 지각적 범주화의 장애
Different Type of Apperceptive Agnosia: Perceptual categorization에 장애가 있는 경우 주로 Rt. parietal region의 손상과 관련 Inability to extract the spatial invariants among objects Ventral visual-processing stream의 손상이 아니기 때문에 전형적인 perceptive agnosia 환자보다 시각 능력은더좋음
2) Associative Agnosia Apperceptive agnosia 환자 와는 달리 시각 자극의 복사 는 어렵지 않으나 기억을 해 서 같은 그림을 그려야 하는 경우에는 실패. 기억에 의한 문제는 아님.(말 로나 동작으로는 적절한 정의 를 내릴 수 있기 때문) 즉, 볼 수는 있으나 보고 있는 것이 무엇인지 모름 시각정보를 기억 속의 의미 정보와 연결시키는 데 실패 Copy Retrieval from memory
2) Associative Agnosia 대체로 bilateral occipitotemporal region의 외상에서 기 인. 초기에는 이 환자들의 시각처리 능력이 정상이라고 생각되 었으나 최근 연구에 의하면 그렇지 않다는 증거도 있음 Use point-by-point comparison Object recognition is dependent on the quality of the visual stimuli Errors of visual similarity Difficulty matching complex visual stimuli with no semantic meanings
3) Differences Between Apperceptive Agnosia and Associative Agnosia 차이점 : associative agnosia 환자가 apperceptive agnosia 환자 보다 더 자세한 시각 정보를 지각하고, 전반적인 형태에 대한 정보도 어느 정도 추출 할수있음 공통점 : 시각 정보를 의미와 연결시 키는 능력은 둘 다 결여
4. Face-Recognition Difficulties as a Special Type of Visual Agnosia Prosopagnosia visual agnosia가 얼굴에 국한된 경우 얼굴이 얼굴인 것은 인식하며 얼굴을 보고 성별이나, 상 대적 나이, 감정을 유추할 수 있으나 누구의 얼굴인지 구 별하지 못함 우반구 손상 시
1) Face Recognition in Other Species cell-recording을 이용한 동물 연구 1 sheep : temporal regions의 cell이 뿔 달린 양과 그렇지 않은 양에게 선택적으로 반응 2 monkey : 얼굴을 인식하는데 특별한 역할을 하는 specific region (inferotemporal cortex)이 존재하며, 이 영역의세 포들은 얼굴 처리의 특정한 측면에 미세하게 tuned grandmother cell theory - small number of cells for each face? More likely is, Diffuse network of cells responding differently to each face
2) Face Recognition in Humans Yin (1970): posterior section of right hemisphere is specialized for face recognition 정상인에게서 보이는 얼굴재 인에서의 inversion effect가 우반구 손상 환자에게는 적게 관찰됨. 우반구가 얼굴 인식에 필요한 configurational info 처리에 중 요한 역할을 한다. inversion effect : upright stimuli 보다 inverted stimuli 를 더 기억하기 힘들어 하는 현상 일반 사물보다 얼굴 인식에서 더 큼. 얼굴인식에는configurational information이 중요함을 시사
Neural Correlates of Face Perception recording of electrical potentials N200: 정상인의 경우, 얼굴 자극을 본뒤약200ms 후에 negative amplitude를 가지는 뇌파 N200 only to faces especially upright faces Stronger in Rt. hemisphere fusiform gyrus & inferotemporal region
Neural Correlates of Face Perception Brain Imaging Studies 1 PET 연구 (Sergent et al., 1992) : ventral regions of extrastriate cortex in the right H 2 fmri 연구 (Kanwisher, McDermott, & Chun, 1997) : fusiform face area 발견 anterior areas of the fusiform gyrus & parahippocampal gyrus Lesion Studies double dissociation technique in patients object recognition (LH) vs. face recognition (RH)
Face Identification anterior regions of right hemisphere 1 PET 연구 (Sergent, Ohta, & McDonald, 1992) : face identification task 수행 시, anterior region of the Rt. fusiform and parahippocampal gyrus 가 활성화됨 2Single-cell recording in epileptic patients : cells in the anterior regions of the temporal lobe (RH) fired to faces with known identities 3 Lesion studies with patients : prosopagnosia with difficulty in matching face pictures tend to have more posterior lesions (occipital region & posterior parts of medial temporal cortex) : prosopagnosia with difficulty in identifying the face has lesions more anterior regions of the Rt. fusioform and/or parahippocampal gyrus
Interpreting Facial Expression superior temporal sulcus 시선 처리와 머리 방향, 특히 입과 관련된 facial gesture에 민감한 cell들이 분포 얼굴 표정과 같은 changeable aspects 인식에 중요한 역 할 Cf. facial identity와 invariant aspects에는 lateral fusiform area가 관여한다.
3) Role of Experience of Expertise in Faceprocessing Capacities Inversion effect가 경험에 의해 생긴다고 가정 (R. Diamond & Carey, 1986) : 특정 물체에 대한 반복적인 경험을 통해 configurational strategy를 가지게 되며, 얼굴 외에도 경험을 많이 한 물체에 대해서는 inversion effect가 나타날 것이다. Inversion Effects in Face and Show Dogs (R. Diamond & Carey, 1986) College students: greater for faces Show Dog Judges: similar for the two things 경험을 통해 우반구에 의존한 configural strategy를 더많이사용하게 됨
3) Role of Experience of Expertise in Faceprocessing Capacities Focal Lesion Studies of Patients with Prosopagnosia car expert able to identify car make, model, and production gentleman farmer able to identify sheep faces fmri Studies of Normal Subjects Fusiform face areas activate when car experts differentiate cars bird experts differentiate birds Fusiform Face Area Really for Face Processing?
4) Implicit Recognition of Faces in prosopagnosic patients 1 electrodermal skin conductance :이전에 알았던 얼굴에 대한 반응이 몰랐던 얼굴에 대한 반응 보다 더 큼 2 behavioral priming studies : 얼굴- 이름 학습에서 예전에 알고 있던 얼굴에 이름이 잘못 짝지어진 경우, 간섭 효과를 보임 - Prosopagnosia를 얼굴의 지각적 속성-기억 속의 자서전적 정보 간의 단절 때문으로 보기 어려움 - 뇌 손상으로 인해 얼굴의 시각적 정 보의 양이 부족하거나 얼굴 재인의 역치가 높아졌을 가능성
5. Category-Specific Deficits in Object Recognition Category-specific deficits : 특정 category의 물건들을 인식하는데 어려움을 겪는 경 우 (감각 처리 과정의 문제는 아님) 연구 결과에 의하면 agnostic deficit이라기 보다는 semantic memory system의 문제이거나 selective anomia라고 생각됨: 이 름을 말해줘도 정의를 내리지 못함.
제안된 원인들 1 어떤 범주는 다른 범주에 비해 기억 정보로의 접근이 더 어려울 수 있다. 2 손상된 범주의 특정 속성에 대한 정보에만 접근이 어려울 수 있다. 3 생물과 무생물에 대한 기억 구조가 분리되어 있다. 4 기억을 되살릴 때, modality에 따라 정보의 중요도가 다르다. 5 같은 sensory modality 내의 일부 정보채널만 뇌 손상에 의해 손상 될 수 있다. 손상된 정보 채널에 더 의존적인 item이 더 쉽게 영향 을받음 6 생물체는 perceptual properties를 중심으로, 비생물체는 information on use를 중심으로 인지된다. 7 기억이 modality-specific meaning systems으로 조직화되며, 손 상된 특정 modality를 통해서는 물체에 대한 정보를 인출해 내지 못함. 다른 modality를 통한 감각정보는 기억 체계에 차별적으로 접근할수있는듯
6. Agnosias in Others Modalities 1) Auditory Agnosia 1 verbal auditory agnosia the location of vocal tract g vs. p temporal offset b vs. p 2 nonverbal auditory agnosia 3 mixed auditory agnosia 2) Somatosensory Agnosia 1 촉각 정보를 이용해서 물체를 지각할 수 없는 경우 2 지각은 괜찮은 편이지만 의미화 시키지 못하는 경우