The Nature of Object of Perception and Its Role in the Knowledge Concerning the External World

Questions concerning perception are as old as the field of philosophy itself. Using the first-person perspective as a starting point and philosophical documents, the study examines the relationship between knowledge and perception. The problem is that of how one knows what one immediately perceives. The everyday belief that an object of perception is known to be a material object on grounds of perception is demonstrated as unreliable. It is possible that directly perceived sensible particulars are mind-internal images, shapes, sounds, touches, tastes and smells. According to the appearance/reality distinction, the world of perception is the apparent realm, not the real external world. However, the distinction does not necessarily refute the existence of the external world. We have a causal connection with the external world via mind-internal particulars, and therefore we have indirect knowledge about the external world through perceptual experience. The research especially concerns the reasons for George Berkeley’s claim that material things are mind-dependent ideas that really are perceived. The necessity of a perceiver’s own qualities for perceptual experience, such as mind, consciousness, and the brain, supports the causal theory of perception. Finally, it is asked why mind-internal entities are present when perceiving an object. Perception would not directly discern material objects without the presupposition of extra entities located between a perceiver and the external world. Nevertheless, the results show that perception is not sufficient to know what a perceptual object is, and that the existence of appearances is necessary to know that the external world is being perceived. However, the impossibility of matter does not follow from Berkeley’s theory. The main result of the research is that singular knowledge claims about the external world never refer directly and immediately to the objects of the external world. A perceiver’s own qualities affect how perceptual objects appear in a perceptual situation.

Facteurs influencing haptic shape perception

Le but de cette étude était de déterminer la contribution de plusieurs facteurs (le design de la tâche, l’orientation d’angle, la position de la tête et du regard) sur la capacité des sujets à percevoir les différences de formes bidimensionnelles (2-D) en utilisant le toucher haptique. Deux séries d'expériences (n = 12 chacune) ont été effectuées. Dans tous les cas, les angles ont été explorés avec l'index du bras tendu. La première expérience a démontré que le seuil de discrimination des angles 2-D a été nettement plus élevé, 7,4°, que le seuil de catégorisation des angles 2-D, 3,9°. Ce résultat étend les travaux précédents, en montrant que la différence est présente dans les mêmes sujets testés dans des conditions identiques (connaissance des résultats, conditions d'essai visuel, l’orientation d’angle). Les résultats ont également montré que l'angle de catégorisation ne varie pas en fonction de l'orientation des angles dans l'espace (oblique, verticale). Étant donné que les angles présentés étaient tous distribués autour de 90°, ce qui peut être un cas particulier comme dans la vision, cette constatation doit être étendue à différentes gammes d'angles. Le seuil plus élevé dans la tâche de discrimination reflète probablement une exigence cognitive accrue de cette tâche en demandant aux sujets de mémoriser temporairement une représentation mentale du premier angle exploré et de la comparer avec le deuxième angle exploré. La deuxième expérience représente la suite logique d’une expérience antérieure dans laquelle on a constaté que le seuil de catégorisation est modifié avec la direction du regard, mais pas avec la position de la tête quand les angles (non visibles) sont explorés en position excentrique, 60° à la droite de la ligne médiane. Cette expérience a testé l'hypothèse que l'augmentation du seuil, quand le regard est dirigé vers l'extrême droite, pourrait refléter une action de l'attention spatiale. Les sujets ont exploré les angles situés à droite de la ligne médiane, variant systématiquement la direction du regard (loin ou vers l’angle) de même que l'emplacement d'angle (30° et 60° vers la droite). Les seuils de catégorisation n’ont démontré aucun changement parmi les conditions testées, bien que le biais (point d'égalité subjective) ait été modifié (décalage aux valeurs inférieurs à 90°). Puisque notre test avec le regard fixé à l’extrême droite (loin) n'a eu aucun effet sur le seuil, nous proposons que le facteur clé contribuant à l'augmentation du seuil vu précédemment (tête tout droit/regard à droite) doit être cette combinaison particulière de la tête/regard/angles et non l’attention spatiale.

Postural control as a function of self- and object-motion perception

The goals of this study were to examine the visual information influence on body sway as a function of self- and object-motion perception and visual information quality. Participants that were aware (object-motion) and unaware (self-motion) of the movement of a moving room were asked to stand upright at five different distances from its frontal wall. The visual information effect on body sway decreased when participants were aware about the sensory manipulation. Moreover, while the visual influence on body sway decreased as the distance increased in the self-motion perception, no effects were observed in the object-motion mode. The overall results indicate that postural control system functioning can be altered by prior knowledge, and adaptation due to changes in sensory quality seem to occur in the self- but not in the object-motion perception mode. (C) 2004 Elsevier B.V.. All rights reserved.

A study of visual shape perception /

Typescript.

Représentation interne des caractéristiques physiques d'un objet

Dans les situations du quotidien, nous manipulons fréquemment des objets sans les regarder. Pour effectuer des mouvements vers une cible précise avec un objet à la main, il est nécessaire de percevoir les propriétés spatiales de l’objet. Plusieurs études ont démontré que les sujets peuvent discriminer entre des longueurs d'objet différentes sans l’aide des informations visuelles et peuvent adapter leurs mouvements aux nouvelles caractéristiques inertielles produites lors de la manipulation d’un objet. Dans cette étude, nous avons conduit deux expérimentations afin d’évaluer la capacité des sujets à adapter leurs mouvements d’atteinte à la longueur et à la forme perçues des objets manipulés sur la base unique des sensations non visuelles (sensations haptiques). Dans l'expérience 1, dix sujets devaient exécuter des mouvements d’atteintes vers 4 cibles tridimensionnelles (3D) avec un objet à la main. Trois objets de longueur différente ont été utilisés (pointeurs: 12.5, 17.5, 22.5 cm). Aucune connaissance de la position de la main et de l’objet par rapport à la cible n’était disponible pendant et après les mouvements vers les cibles 3D. Ainsi, lorsque comparé avec les erreurs spatiales commises lors des atteintes manuelles sans pointeur, l’erreur spatiale de chacun des mouvements avec pointeur reflète la précision de l’estimation de la longueur des pointeurs. Nos résultats indiquent que les sujets ont augmenté leurs erreurs spatiales lors des mouvements d’atteinte avec un objet en comparaison avec la condition sans pointeur. Cependant, de façon intéressante, ils ont maintenu le même niveau de précision à travers les trois conditions avec des objets de différentes longueurs malgré une différence de 10 cm entre l’objet le plus court et le plus long. Dans l'expérience 2, neuf sujets différents ont effectué des mouvements d’atteinte vers les mêmes cibles utilisant cette fois-ci deux objets en forme de L (objet no.1 : longueur de 17,5 cm et déviation à droite de 12,5 cm – objet no.2 : longueur de 17,5 cm et déviation à droite de 17,5 cm). Comme c’était le cas lors de l'expérience 1, les sujets ont augmenté leurs erreurs spatiales lors des mouvements d’atteinte avec les objets et cette augmentation était similaire entre les deux conditions avec les objets en forme de L. Une observation frappante de l’expérience 2 est que les erreurs de direction n’ont pas augmenté de façon significative entre les conditions avec objet en forme de L et la condition contrôle sans objet. Ceci démontre que les participants ont perçu de façon précise la déviation latérale des objets sans jamais avoir eu de connaissances visuelles de la configuration des objets. Les résultats suggèrent que l’adaptation à la longueur et à la forme des objets des mouvements d’atteinte est principalement basée sur l’intégration des sensations haptiques. À notre connaissance, cette étude est la première à fournir des données quantitatives sur la précision avec laquelle le système haptique peut permettre la perception de la longueur et de la forme d’un objet tenu dans la main afin d’effectuer un mouvement précis en direction d’une cible.

Behavioral Differences in the Upper and Lower Visual Hemifields in Shape and Motion Perception.

Perceptual accuracy is known to be influenced by stimuli location within the visual field. In particular, it seems to be enhanced in the lower visual hemifield (VH) for motion and space processing, and in the upper VH for object and face processing. The origins of such asymmetries are attributed to attentional biases across the visual field, and in the functional organization of the visual system. In this article, we tested content-dependent perceptual asymmetries in different regions of the visual field. Twenty-five healthy volunteers participated in this study. They performed three visual tests involving perception of shapes, orientation and motion, in the four quadrants of the visual field. The results of the visual tests showed that perceptual accuracy was better in the lower than in the upper visual field for motion perception, and better in the upper than in the lower visual field for shape perception. Orientation perception did not show any vertical bias. No difference was found when comparing right and left VHs. The functional organization of the visual system seems to indicate that the dorsal and the ventral visual streams, responsible for motion and shape perception, respectively, show a bias for the lower and upper VHs, respectively. Such a bias depends on the content of the visual information.

Contribution de l'information de profondeur dans la perception de la forme visuelle

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Representing 3D shape and location

The 3D shape of an object and its 3D location have traditionally thought of as very separate entities, although both can be described within a single 3D coordinate frame. Here, 3D shape and location are considered as two aspects of a view-based approach to representing depth, avoiding the use of 3D coordinate frames.

Chromatic contrast in luminance-defined images affects performance and neural activity during a shape classification task

Funded by BBSRC funded grant, BB/H019731/1.

The neural processes generating visual phenomenal consciousness: ERP and neuronavigated brain stimulation studies

One of the greatest conundrums to the contemporary science is the relation between consciousness and brain activity, and one of the specifi c questions is how neural activity can generate vivid subjective experiences. Studies focusing on visual consciousness have become essential in solving the empirical questions of consciousness. Th e main aim of this thesis is to clarify the relation between visual consciousness and the neural and electrophysiological processes of the brain. By applying electroencephalography and functional magnetic resonance image-guided transcranial magnetic stimulation (TMS), we investigated the links between conscious perception and attention, the temporal evolution of visual consciousness during stimulus processing, the causal roles of primary visual cortex (V1), visual area 2 (V2) and lateral occipital cortex (LO) in the generation of visual consciousness and also the methodological issues concerning the accuracy of targeting TMS to V1. Th e results showed that the fi rst eff ects of visual consciousness on electrophysiological responses (about 140 ms aft er the stimulus-onset) appeared earlier than the eff ects of selective attention, and also in the unattended condition, suggesting that visual consciousness and selective attention are two independent phenomena which have distinct underlying neural mechanisms. In addition, while it is well known that V1 is necessary for visual awareness, the results of the present thesis suggest that also the abutting visual area V2 is a prerequisite for conscious perception. In our studies, the activation in V2 was necessary for the conscious perception of change in contrast for a shorter period of time than in the case of more detailed conscious perception. We also found that TMS in LO suppressed the conscious perception of object shape when TMS was delivered in two distinct time windows, the latter corresponding with the timing of the ERPs related to the conscious perception of coherent object shape. Th e result supports the view that LO is crucial in conscious perception of object coherency and is likely to be directly involved in the generation of visual consciousness. Furthermore, we found that visual sensations, or phosphenes, elicited by the TMS of V1 were brighter than identically induced phosphenes arising from V2. Th ese fi ndings demonstrate that V1 contributes more to the generation of the sensation of brightness than does V2. Th e results also suggest that top-down activation from V2 to V1 is probably associated with phosphene generation. The results of the methodological study imply that when a commonly used landmark (2 cm above the inion) is used in targeting TMS to V1, the TMS-induced electric fi eld is likely to be highest in dorsal V2. When V1 was targeted according to the individual retinotopic data, the electric fi eld was highest in V1 only in half of the participants. Th is result suggests that if the objective is to study the role of V1 with TMS methodology, at least functional maps of V1 and V2 should be applied with computational model of the TMS-induced electric fi eld in V1 and V2. Finally, the results of this thesis imply that diff erent features of attention contribute diff erently to visual consciousness, and thus, the theoretical model which is built up of the relationship between visual consciousness and attention should acknowledge these diff erences. Future studies should also explore the possibility that visual consciousness consists of several processing stages, each of which have their distinct underlying neural mechanisms.

L’impact de la stéréoscopie dans la reconnaissance, la perception et la constance de forme 3D

Les buts des recherches présentées dans cette thèse étaient d’évaluer le rôle de la stéréoscopie dans la reconnaissance de forme, dans la perception du relief et dans la constance de forme. La première étude a examiné le rôle de la stéréoscopie dans la perception des formes visuelles en utilisant une tâche de reconnaissance de formes. Les stimuli pouvaient être présentés en 2D, avec disparité normale (3D) ou avec disparité inversée. La performance de reconnaissance était meilleure avec les modes de présentation 2D et 3D qu’avec la 3D inversée. Cela indique que la stéréoscopie contribue à la reconnaissance de forme. La deuxième étude s’est intéressée à la contribution conjointe de l’ombrage et de la stéréoscopie dans la perception du relief des formes. Les stimuli étaient des images d’une forme 3D convexe synthétique présentée sous un point de vue menant à une ambigüité quant à sa convexité. L’illumination pouvait provenir du haut ou du bas et de la gauche ou de la droite, et les stimuli étaient présentés dichoptiquement avec soit de la disparité binoculaire normale, de la disparité inversée ou sans disparité entre les vues. Les participants ont répondu que les formes étaient convexes plus souvent lorsque la lumière provenait du haut que du bas, plus souvent avec la disparité normale qu’en 2D, et plus souvent avec absence de disparité qu’avec disparité inversée. Les effets de direction d’illumination et du mode de présentation étaient additifs, c’est-à-dire qu’ils n’interagissaient pas. Cela indique que l’ombrage et la stéréoscopie contribuent indépendamment à la perception du relief des formes. La troisième étude a évalué la contribution de la stéréoscopie à la constance de forme, et son interaction avec l’expertise perceptuelle. Elle a utilisé trois tâches de discrimination séquentielle de trombones tordus ayant subi des rotations en profondeur. Les stimuli pouvaient être présentés sans stéréoscopie, avec stéréoscopie normale ou avec stéréoscopie inversée. Dans la première moitié de l’Exp. 1, dans laquelle les variations du mode de présentation étaient intra-sujets, les performances étaient meilleures en 3D qu’en 2D et qu’en 3D inversée. Ces effets ont été renversés dans la seconde moitié de l’expérience, et les coûts de rotation sont devenus plus faibles pour la 2D et la 3D inversée que pour la 3D. Dans les Exps. 2 (variations intra-sujets du mode de présentation, avec un changement de stimuli au milieu de l’expérience) et 3 (variations inter-sujets du mode de présentation), les effets de rotation étaient en tout temps plus faibles avec stéréoscopie qu’avec stéréoscopie inversée et qu’en 2D, et plus faibles avec stéréoscopie inversée que sans stéréoscopie. Ces résultats indiquent que la stéréoscopie contribue à la constance de forme. Toutefois, cela demande qu’elle soit valide avec un niveau minimal de consistance, sinon elle devient stratégiquement ignorée. En bref, les trois études présentées dans cette thèse ont permis de montrer que la stéréoscopie contribue à la reconnaissance de forme, à la perception du relief et à la constance de forme. De plus, l’ombrage et la stéréoscopie sont intégrés linéairement.

Hierarchical Object Recognition Using Libraries of Parameterized Model Sub-Parts

This thesis describes the development of a model-based vision system that exploits hierarchies of both object structure and object scale. The focus of the research is to use these hierarchies to achieve robust recognition based on effective organization and indexing schemes for model libraries. The goal of the system is to recognize parameterized instances of non-rigid model objects contained in a large knowledge base despite the presence of noise and occlusion. Robustness is achieved by developing a system that can recognize viewed objects that are scaled or mirror-image instances of the known models or that contain components sub-parts with different relative scaling, rotation, or translation than in models. The approach taken in this thesis is to develop an object shape representation that incorporates a component sub-part hierarchy- to allow for efficient and correct indexing into an automatically generated model library as well as for relative parameterization among sub-parts, and a scale hierarchy- to allow for a general to specific recognition procedure. After analysis of the issues and inherent tradeoffs in the recognition process, a system is implemented using a representation based on significant contour curvature changes and a recognition engine based on geometric constraints of feature properties. Examples of the system's performance are given, followed by an analysis of the results. In conclusion, the system's benefits and limitations are presented.

Visual perception in Parkinson disease dementia and dementia with Lewy bodies

OBJECTIVE To quantify visual discrimination, space-motion, and object-form perception in patients with Parkinson disease dementia (PDD), dementia with Lewy bodies (DLB), and Alzheimer disease (AD). METHODS The authors used a cross-sectional study to compare three demented groups matched for overall dementia severity (PDD: n = 24; DLB: n = 20; AD: n = 23) and two age-, sex-, and education-matched control groups (PD: n = 24, normal controls [NC]: n = 25). RESULTS Visual perception was globally more impaired in PDD than in nondemented controls (NC, PD), but was not different from DLB. Compared to AD, PDD patients tended to perform worse in all perceptual scores. Visual perception of patients with PDD/DLB and visual hallucinations was significantly worse than in patients without hallucinations. CONCLUSIONS Parkinson disease dementia (PDD) is associated with profound visuoperceptual impairments similar to dementia with Lewy bodies (DLB) but different from Alzheimer disease. These findings are consistent with previous neuroimaging studies reporting hypoactivity in cortical areas involved in visual processing in PDD and DLB.

A new method to measure higher visual functions in an immersive environment

BACKGROUND: Higher visual functions can be defined as cognitive processes responsible for object recognition, color and shape perception, and motion detection. People with impaired higher visual functions after unilateral brain lesion are often tested with paper pencil tests, but such tests do not assess the degree of interaction between the healthy brain hemisphere and the impaired one. Hence, visual functions are not tested separately in the contralesional and ipsilesional visual hemifields. METHODS: A new measurement setup, that involves real-time comparisons of shape and size of objects, orientation of lines, speed and direction of moving patterns, in the right or left visual hemifield, has been developed. The setup was implemented in an immersive environment like a hemisphere to take into account the effects of peripheral and central vision, and eventual visual field losses. Due to the non-flat screen of the hemisphere, a distortion algorithm was needed to adapt the projected images to the surface. Several approaches were studied and, based on a comparison between projected images and original ones, the best one was used for the implementation of the test. Fifty-seven healthy volunteers were then tested in a pilot study. A Satisfaction Questionnaire was used to assess the usability of the new measurement setup. RESULTS: The results of the distortion algorithm showed a structural similarity between the warped images and the original ones higher than 97%. The results of the pilot study showed an accuracy in comparing images in the two visual hemifields of 0.18 visual degrees and 0.19 visual degrees for size and shape discrimination, respectively, 2.56° for line orientation, 0.33 visual degrees/s for speed perception and 7.41° for recognition of motion direction. The outcome of the Satisfaction Questionnaire showed a high acceptance of the battery by the participants. CONCLUSIONS: A new method to measure higher visual functions in an immersive environment was presented. The study focused on the usability of the developed battery rather than the performance at the visual tasks. A battery of five subtasks to study the perception of size, shape, orientation, speed and motion direction was developed. The test setup is now ready to be tested in neurological patients.

Cathodal HD-tDCS on the right V5 improves motion perception in humans

Brain lesions in the visual associative cortex are known to impair visual perception, i.e., the capacity to correctly perceive different aspects of the visual world, such as motion, color, or shapes. Visual perception can be influenced by non-invasive brain stimulation such as transcranial direct current stimulation (tDCS). In a recently developed technique called high definition (HD) tDCS, small HD-electrodes are used instead of the sponge electrodes in the conventional approach. This is believed to achieve high focality and precision over the target area. In this paper we tested the effects of cathodal and anodal HD-tDCS over the right V5 on motion and shape perception in a single blind, within-subject, sham controlled, cross-over trial. The purpose of the study was to prove the high focality of the stimulation only over the target area. Twenty one healthy volunteers received 20 min of 2 mA cathodal, anodal and sham stimulation over the right V5 and their performance on a visual test was recorded. The results showed significant improvement in motion perception in the left hemifield after cathodal HD-tDCS, but not in shape perception. Sham and anodal HD-tDCS did not affect performance. The specific effect of influencing performance of visual tasks by modulating the excitability of the neurons in the visual cortex might be explained by the complexity of perceptual information needed for the tasks. This provokes a "noisy" activation state of the encoding neuronal patterns. We speculate that in this case cathodal HD-tDCS may focus the correct perception by decreasing global excitation and thus diminishing the "noise" below threshold.