Sistema visivo e TTC (time-to-contact)

Il sistema visivo umano è notevolmente abile nello specificare le caratteristiche dell'oggetto, come la forma e le dimensioni tridimensionali (3-D), sulla base di input visivi impoveriti, frammentati e/o mimetizzati. Per fare alcuni esempi, gli esseri umani sono in grado di percepire superfici tridimensionali complesse, da stereogrammi a punti casuali totalmente privi di spunti monoculari (Julesz, 1971), anche in condizioni in cui le superfici stereoscopiche devono essere ricostruite a partire da elementi di texture sparse o discontinue (ad esempio Yang e Blake 1995). Una sensibilità comparabile si evidenzia nel caso della percezione del movimento, dove l'uomo è in grado di percepire la curvatura della superficie (ad esempio Todd e Norman 1991) e le forme esotiche (Sperling et al 1989) a partire da sequenze di animazione in cui la struttura è specificata unicamente da trasformazioni nel tempo nelle posizioni di array casuali di punti (Vickl, Ahlstrom, et al, 1997). Nel mondo in cui viviamo, dove tutto è in costante movimento, troviamo che molti oggetti attraversano continuamente il nostro campo visivo. A volte, la loro traiettoria diventa nascosta per un breve periodo di tempo da altri oggetti. In queste circostanze, la capacità di giudicare con precisione il momento della riapparizione dell'oggetto nascosto diventa molto importante. Per esempio, per evitare un incidente durante la guida, dobbiamo giudicare, e lo facciamo in modo abbastanza accurato; il tempo che impiega una motocicletta a passare dietro un autobus fermo alla fermata. Questa

22

abilità comune (abilità innata) solleva molte domande interessanti (Battaglini et al, 2013). Come si fa una stima del moto occluso sulla base del moto visibile? Studi precedenti hanno affrontato questo problema utilizzando un paradigma di previsione del movimento, in cui gli osservatori stimano il tempo di contatto (TTC) utilizzando le informazioni sulla velocità di inizio della traiettoria di un oggetto (prima dell'occlusione), cioè il tempo che intercorre tra la scomparsa del bordo d'attacco di un bersaglio dietro l'occlusore, e quando esso entrerebbe in contatto con un determinato punto di intercettazione. La differenza tra il "tempo di risposta totale" (tempo di risposta totale 5 TTC 1 durata della traiettoria visibile) e il "tempo di arrivo fisico" risulta nell'"errore di temporizzazione" (Battaglini et al, 2013).

Molti studi hanno cercato di determinare quale sia la strategia migliore per stimare il TTC. Un'idea è che le persone usano una strategia di "clock cognitivo" (DeLucia & Liddell, 1998). Essi calcolano il tempo di contatto prima dell'occlusione in base al tasso di variazione dell'angolo visivo tra un bersaglio in movimento e il suo punto finale. Questa rappresentazione temporale può poi essere "contata alla rovescia" durante il periodo di occlusione (Tresilian, 1995). Il modello di "clock cognitivo" sembra in contrasto con diversi risultati. Ad esempio, è stato dimostrato che i distrattori in movimento disturbano le prestazioni di estrapolazione del movimento (Lyon & Waag, 1995). Inoltre, l'induzione del moto come conseguenza di una traiettoria invisibile sposta sistematicamente il tempo di risposta (Gilden, Blake, & Hurst, 1995).

Il cervello è in grado di conservare le informazioni sulla velocità nella memoria visiva a breve termine in modo sorprendentemente preciso. Alcuni studi hanno indagato se questo sistema di memoria visiva (precoce) è attivo durante l'estrapolazione del movimento occluso e se riflette la percezione errata della velocità dovuta al contrasto e alle dimensioni. Alcuni esperimenti hanno mostrato che la riduzione del contrasto dell'obiettivo o l'aumento delle sue dimensioni hanno portato ad una sottovalutazione illusoria della velocità.

Altri esperimenti hanno mostrato che questo fenomeno illusorio si riflette nella memoria della velocità durante il movimento occluso, indipendentemente dalla gamma delle velocità visibili, dalla lunghezza della traiettoria visibile o invisibile e dal tipo di compito. Questi risultati suggeriscono che la velocità illusoria viene mantenuta in memoria durante il movimento invisibile (Battaglini,2013).

23

Cattura dell’oggetto bersaglio

Nonostante sia stato osservato in tutto il regno animale, la cattura di un oggetto in movimento è un compito complesso e poco si sa sui meccanismi che stanno alla base di questo comportamento negli animali non umani.

Nella percezione del movimento l'anticipazione è fondamentale per un controllo del motore fluente e preciso nel tempo. Movimenti oculari anticipati, opportunamente temporizzati, compensano la risposta ritardata e reattiva al feedback visivo (Kowler e Steinman 1979; Ohashi e Barnes 1996), e quindi avvicinano l'immagine di destinazione, riducono la sfocatura e favoriscono la percezione degli oggetti in rapido movimento. Negli esseri umani, con una presentazione regolare e ripetuta degli stimoli di movimento del bersaglio, l'inseguimento regolare precede l'inizio della cattura del bersaglio di diverse centinaia di millisecondi (Barnes e Asselman 1991; Kao e Morrow 1994).

1.13 L'effetto del significato simbolico della velocità sul tempo di contatto

Nella vita di tutti i giorni, spesso dobbiamo stimare la ricomparsa di oggetti che sono scomparsi dalla nostra vista per un breve periodo. Per esempio, per evitare un incidente durante la guida è importante stimare il tempo di riapparizione di una moto che passa dietro un camion. In letteratura, il compito utilizzato per studiare questo fenomeno è chiamato compito di previsione-mozione (Tresilian, 1995). Il compito consiste nel premere un pulsante quando un bersaglio (generalmente in movimento traslazionale), che scompare dietro un occlusore, raggiunge un punto visibile. In altre parole, gli osservatori sono tenuti a stimare il tempo di contatto (TTC) tra ilbersaglio occluso e lo spunto (Battaglini, Campana, & Casco, 2013). Per raggiungere questo obiettivo in modo efficiente, gli osservatori devono estrapolare il moto dell’oggetto in movimento occluso e prevedere la sua posizione futura secondo una stima della velocità dell'oggetto in movimento (Battaglini &

Casco, 2016; Peterken, Brown,& Bowman, 1991). Rosenbaum (1975) ha trovato che gli osservatori sono molto bravi a stimare il TTC quando il bersaglio si muoveva a velocità costante. Tuttavia, diversi studi suggeriscono che la relazione tra il tempo di arrivo fisico(TTC effettivo) e TTC (stimato) non è lineare (Sokolov & Pavlova,2003) e può dipendere da diversi parametri,

24

come ad esempio le dimensioni, la durata dell'occlusione, la velocità tipica dell'oggetto (Makin, Stewart, & Poliakoff, 2009) e la massa implicita dell'oggetto (Vicovaro, Noventa, & Battaglini, 2019).

Ad esempio, Makin et al. (2009) hanno mostrato che, dopo che gli osservatori hanno classificato un bersaglio rosso come lento e uno verde come veloce, quando eseguono un compito TTC hanno risposto come il bersaglio verde si stava muovendo più velocemente in quelle prove in cui sia il rosso che il verde si muovevano alla stessa velocità (20 gradi/s). Inoltre, anche la presenza di distrattori influenza la stima di TTC. (Battaglini,Contemori, et al., 2016). Gli effetti della dimensione e della velocità sono stati osservati in diversi studi. Ad esempio, nelle attività di cronometraggio in cui i partecipanti sono tenuti a stimare la durata degli stimoli presentati, la dimensione dello stimolo e il movimento potrebbero influenzare le stime temporali. Xuan, Zhang, He e Chen (2007) hanno dimostrato che i grandi stimoli sono percepiti per durare più a lungo di stimoli più piccoli e concludere che la durata temporale e le dimensioni non temporali (magnitudine) non sono indipendenti. Marrone (1995) ha mostrato come la durata degli oggetti in movimento sia stata sistematicamente giudicata più lunga della durata degli oggetti fissi. Inoltre, questo effetto di allungamento aumenta con l'aumentare della velocità di movimento e la durata viene giudicata più lunga quando le forme si muovono più rapidamente rispetto a quando si muovevano più lentamente.

Studi precedenti hanno proposto diversi modi per stimare il TTC; il TTC può essere stimato direttamente, utilizzando la contrazione dell'angolo visivo tra l'oggetto e il punto di destinazione (Hecht & Savelsbergh, 2004), oppure può essere misurato utilizzando una strategia di clocking (DeLucia & Liddell, 1998), utilizzando un monitoraggio visuo-spaziale (Makin & Poliakoff, 2011) o grazie ad un comune regolatore di velocità che aggiorna la simulazione mentale (Makin, 2018). Se il meccanismo utilizzato per eseguire il compito TTC comporta la velocità dell'oggetto la stima potrebbe essere influenzata da informazioni semantiche dall'alto verso il basso.

Ogni stimolo che percepiamo è sottoposto ad un'analisi semantica, cioè alla parola che utilizziamo per spiegare ciò che esprimiamo, che produce il suo significato in varie dimensioni (McKoon & Ratcliff,1989). Ad esempio, per esprimere il concetto di peso è possibile utilizzare una piuma, per ricordare l'idea di leggerezza, o per usare una pietra, per ricordare l’idea di pesantezza. Diversi lavori hanno dimostrato che analisi semantiche o modelli impliciti di fisica intuitiva influenzano una varietà di compiti percettivi/cognitivi

25

(Dils & Boroditsky, 2010; Hsu, Taylor, & Pratt,2015; Meteyard, Bahrami, &

Vigliocco, 2007; Ramachandran, Armel,Foster, & Stoddard, 1998).

Meteyard et al. (2007) hanno condotto uno studio in cui i partecipanti hanno eseguito un compito di rilevamento del movimento durante l'ascolto di verbi che si riferivano a mozione. Quando i verbi erano incongruenti con il movimento la sensibilità percettiva nel compito di rilevamento del movimento è diminuita in modo significativo.

Reed e Vinson (1996) hanno dimostrato che i partecipanti del loro studio mostravano un maggiore slancio rappresentativo (cioè: errore nella percezione visiva in cui invece di riferirsi alla posizione esatta di un oggetto in movimento, la gente pensa che sia un po' più lontano lungo la sua traiettoria) per uno stimolo ambiguo etichettato come un razzo, che per lo stesso stimolo etichettato come campanile. Questa polarizzazione era ancora più grande quando si utilizzava l'immagine di un razzo vero e proprio e di una chiesa vera e propria. Zago, McIntyre, Senot e Lacquaniti (2008) hanno suggerito che è stato utilizzato un modello implicito e orientato all'azione dell'effetto della gravità quando si intercetta un oggetto in caduta libera. Vicovaro, Battaglini, e Noventa (2018) hanno dimostrato che i partecipanti hanno utilizzato un sistema pesante, veloce e leggero. È interessante notare che il concetto di moto implicito può influenzare anche i giudizi percettivi.

Nel mondo in cui viviamo, dove tutto è in costante movimento, troviamo che molti oggetti attraversano continuamente il nostro campo visivo. A volte, la loro traiettoria diventa nascosta per un breve periodo di tempo. In queste circostanze, la capacità di giudicare con precisione il momento della riapparizione dell’oggetto nascosto diventa molto importante. Per esempio, per evitare un incidente durante la guida, dobbiamo giudicare, e lo facciamo con precisione, il tempo che ci vuole perché una motocicletta passi dietro un autobus fermo alla fermata, questa abilità innata solleva molte domande interessanti. Come facciamo una stima di movimento occluso alla base del movimento visibile?

Studi precedenti hanno affrontato questo problema utilizzando un paradigma di previsione del movimento, in cui gli osservatori stimano il tempo di contatto (TTC) utilizzando le informazioni sulla velocità di avvio di un oggetto su una traiettoria (prima dell'occlusione), cioè il tempo che intercorre tra la scomparsa del bordo di attacco di un bersaglio dietro l'occlusore, e quando entrerebbe in contatto con un determinato punto di intercettazione.

26