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Non-linearity of visual signals in relation to shape-sensitive adaptation responses

1973; Elsevier BV; Volume: 13; Issue: 9 Linguagem: Inglês

10.1016/0042-6989(73)90090-4

1878-5646

A.Y. Maudarbocus, K.H. Ruddock,

Optical measurement and interference techniques

We have studied binocularly transferred effects arising from visual adaptation to sinusoidal grating stimuli, using laser interference methods to produce both test and adaptation gratings. It is shown that if a uniform background field is superimposed on a given adaptation grating, the binocularly transferred effect is reduced. Numerical data relating the level of the uniform background field to the change in contrast threshold illumination level of the test grating are shown to be consistent with known non-linear visual responses. The distortion of a sinusoidal grating input stimulus resulting from the action of the non-linearity is examined and the associated spatial frequency spectrum computed by numerical methods. However, direct measurement of adaptation effects arising from a sinusoidal grating possessing large modulation amplitude fails to reveal the computed non-linear responses and this is discussed in relation to proposed organizations of physiological responses to spatially structured stimuli. Finally, it is shown that the adaptation response system is quasi-linear, the logarithmic increase in test contrast threshold illumination level being linearly related to the logarithm of the modulation depth of the adapting sinusoidal grating. Thus, frequency response methods can be applied to input-output relations expressed in terms of these two variables. Onétudie binoculairement les effets de transfert provenant de l'adaptation visuelleàdes stimuli en réseaux sinusoïdaux, en employant les interférences de laser pour produireàla fois les réseaux test et d'adaptation. La superposition d'un fond uniforme sur un réseau d'adaptation réduit le transfert binoculaire. Les données numériques reliant le niveau du fond uniforme et le changement du seuil de contraste du réseau test par son niveau d'éclairage sont en faveur des réponses visuelles non linéaires connues. On examine la distorsion du stimulus en réseau sinusoïdal résultant de la non linéaritéet on calcule numériquement le spectre de fréquences spatiales associé. Cependant la mesure directe de l'adaptation dueàun réseau sinusoïdalàgrande amplitude de modulation ne révèle pas les réponses non linéaires calculées, ce qu'on discute en relation avec les organisations proposées des réponses physiologiquesàdes stimuliàstructure spatiale. On montre finalement que le système de réponse d'adaptation est quasi linéaire, l'accroissement logarithmique du niveau d'éclairement pour le seuil de contraste du testétant liélinéairement au logarithme de la profondeur de modulation dans le réseau sinusoïdal d'adaptation. Les méthodes de réponseàla fréquence s'appliquent donc aux relations entrée-sortie exprimées en fonction de ces deux variables. Wir haben binokularübertragene, von visueller Adaptation herrührende Effekte untersucht, indem wir Laserinterferenzmethoden benutzten, um sowohl Test- als auch Adaptationsgitter herzustellen. Dabei wird gezeigt, dass der binokularübertragene Effekt reduziert wird, wenn ein gleichmässiges Hintergrundfeld einem gegebenen Adaptationsgitterüberlagert wird. Femer wird gezeigt, dass numerische Daten, die das Niveau des gleichmässigen Hintergrundfeldes zurÄnderung in der Kontrastschwellenbeleuchtungsdichte des Testgitters in Beziehung setzen, mit bereits bekannten nichtlinearen Antworten im visuellen System konsistent sind. Die aus der Wirkung der Nichtlinearität resultierende Verzerrung eines Sinusgitter-Eingangssignals wird untersucht und das zugehörige Ortsfrequenzspektrum mit numerischen Methoden berechnet. Eine direkte Messung von Adaptationseffekten bei einem Gitter mit grosser Modulationsamplitude zeigte die berechneten nichtlinearen Antworten jedoch nicht und das wird im Hinblick auf vorgeschlagene Organisationen physiologischer Antworten auf räumlich strukturierte Reize diskutiert. Schliesslich wird gezeigt, dass das Adaptations-Antwort-System quasi linear ist, wobei der logarithmische Anstieg in der Testkontrastschwellenbeleuchtungsdichte mit dem Logarithmus der Modulationstiefe des adaptierenden Sinusgitter in linearem Zusammenhang steht. Somit können auf Eingangs-Ausgangs-Beziehungen, die in Beziehungen dieser zwei Variablen ausgedruckt werden, frequenzanalytische Methoden angewandt werden. M. нзuхaли эффeкт. бинoкuляPнoгo пePeнoca, вoзникaющиe пPи зPитeльиoй aдaптaции к cтимuлu в видe cинucoидaльиoй Peшeтки; пPи этoм и тecтoвaя и aдaптaциoинaя Peшeтки пoлuхaлиcь c пoмoшью лaзePнoгo интePфePeнциoннoгo мeтoдa. Пoкaзaнo, хтo кoгдa нa oднoPoднoe фoнoвoe пoлe нaклaд.вaeтcя зaдaннaя aдaптaциoннaя Peшeткa эффeкт бинoкuляPнoгo пePeнoca uмeиьшaeтcя. хиcлoв.e дaнн.e, cвяз.вaющиe uPoвeнь oднoPoднoгo фoнoвoгo пoля c измeнeниeм кoнтPacтa тecтoвoй Peшeтки, coглacuютcя c извecтнoй нeлинeйнocтью зPитeдьн.х oтвeтoв. Иccлeдoвaнo иcкaжeниe в cинucoидaльнoй Peшeткe, пoдaвaeмoй в кaхecтвe вхoднoгo cтимuлa, кoтoPoe внocитcя нeлинeйнocтью. Oнo coпocтaвлeнo co cпeктPoм пPocтPaнcтвeнн.х хacтoт пPи пoмoщи в.хиcлитeльн.х мeтoдoв. Oднaкo, пPям.e измePeния aдaптaциoннoгo эффeктa в oтвeт нa cинucoидaльн.e Peшeтки дaют бoльшиe мoдuляции пo aмплитuдe и нe cooтвeтcтвuют Pacхeтн.м нeлинeйн.м oтвeтaм. Этo нecooтвeтcтвиe oбcuждaeтcя в acпeктe пPeдлoжeннoй oPгaнизaцни физиoлoгихecких Peaкций нa пPocтPaнcтвeннo cтPuктuPиPoвaнн.e cтимuл.. B зaклюхeниe пoкaзaнo, хтo cнcтeмa aдaптaциoнн.х oтвeтoв квaзи-линeйнa: uвeлихeниe лoгaPифмa пoPoгa яPкocтнoгo кoнтPacтa тecтa линeйнo cвязaнo c лoгaPифмoм глuбин .мoдuляцииaдaптиPuюшeй cннucoидaлPнoй Peшeтки. Taким oбPaзoм, мeтoд. хacтoтн.х oтвeтoв мoгuт б.ть пPимeнeн. для aнaлизa cooтнoшeний вхoднoгo н в.хoднoгo cигнaлoв в излoжeнн.х двuх вaPиaнтaх.