leis e princípios que prever como percepção de qualidades pode ser extraído a partir da mais elementar sinais visuais foram descobertos pelos psicólogos da Gestalt (ou seja, Wertheimer, 1923; Metzger, 1930, traduzido e re-editado por Spillmann, em 2009 e 2012, respectivamente). Seu trabalho seminal inspirou a ciência visual desde então, e levou a descobertas emocionantes que confirmaram a ideia Gestalt de que o cérebro humano teria uma capacidade surpreendente para selecionar e combinar sinais visuais críticos para gerar representações de saída para a tomada de decisão e ação. Esta capacidade de seleção e integração permite a percepção da forma e do espaço, e a correta estimativa das posições relativas, trajetórias e distâncias de objetos representados em imagens planares. As leis e princípios da Gestalt foram inicialmente destinados a responder a uma única pergunta abrangente: “por que o mundo está do jeito que está.”Eles tornaram-se operacionais em estudos experimentais (para uma ilustração de investigação, ver o internacional METHUSALEM projeto, coordenado por Johan Wagemans, em www.gestaltrevision.be) com o objetivo de aprofundar nossas idéias sobre as maneiras como as características e qualidades do visual configurações podem determinar organização perceptual e o seu comportamento em diferentes níveis de processamento. A organização Perceptual determina diretamente a capacidade dos observadores humanos para avaliar (1) quais partes de uma imagem pertencem juntas para formar um objeto visual unificado ou forma, e (2) quais partes devem estar mais próximas e quais mais distantes do observador se os objetos representados foram vistos no mundo real. Este artigo argumenta que o princípio Gestalt de Prägnanz e a lei Gestalt de boa continuação abordam problemas específicos de organização perceptual com implicações críticas para o design de interface visual, e o design de plataformas cirúrgicas guiadas por imagens em particular.
o princípio de Prägnanz relaciona-se com o postulado Gestalt geral de que os objetos no campo visual produzirão a solução perceptual mais simples e completa possível sob as condições dadas. As leis Gestalt da organização perceptual, de que a lei da boa continuação é um exemplo particular, descrevem as condições sob as quais soluções perceptuais específicas (agrupamentos) são susceptíveis de ocorrer. A questão de como as estruturas de imagem planares são agrupadas em representações perceptuais da figura e do solo é um dos motivos de estudo para os quais as leis Gestalt foram concebidas. Representação Figure-ground é uma solução perceptual que permite ao observador avaliar quais objetos na imagem seriam mais próximos e quais objetos seriam mais distantes em uma configuração do mundo real. É mediada por sinais de imagem específicos para moldar e para a distância relativa, envolvendo sinais locais de contraste e orientação para preencher regiões específicas de uma imagem e, assim, permitir a percepção das superfícies. As sensações perceptuais associadas ao aumento do contraste local fazem com que os objetos visuais na imagem pareçam estar na frente de outros objetos representados no mesmo plano. Tais sensações são muitas vezes consideradas “ilusórias” porque não têm origem física, ou seja, não há diferença objetiva na luminância local que explicaria as percepções resultantes (por exemplo, Heinemann, 1955; Hamada, 1985; o’Shea et al., 1994; De Weert e Spillmann, 1995; Grossberg, 1997; Dresp e Fischer, 2001; Dresp et al., 2002; Guibal and Dresp, 2004; Devinck et al., 2006; Pinna e Reeves, 2006; Dresp-Langley and Reeves, 2012, 2014). Um aspecto essencial deste processo de segregação figura-terreno é a atribuição perceptual da propriedade de fronteiras (ver a revisão de von der Heydt sobre este tema). O teórico de Gestalt Rubin (1921) foi um dos primeiros a salientar que uma figura tem qualidades perceptuais distintas que a fazem sobressair contra o resto do campo visual, que assim adquire a qualidade perceptual do solo (ou fundo). Uma figura oculta o solo e, portanto, possui as fronteiras que o separam deste último (Craft et al., 2007; Zhang and von der Heydt, 2010). Zhou et al. (2000) encontrou neurônios predominantemente em V2 (mas também V1) do macaco que respondem seletivamente à localização das fronteiras no campo visual. A atenção visual seletiva à figura fortalece as respostas neuronais às suas fronteiras (Qiu et al., 2007).
os psicólogos Gestalt também presumiram corretamente que, para recuperar uma representação de um todo de partes, o cérebro deve alcançar a integração perceptual da informação visual através do espaço colinear (por exemplo, Wertheimer, 1923; Metzger, 1930). A integração visual da informação de contraste através do espaço de imagem collinear desempenha um papel crucial na visão da forma em condições de incerteza do estímulo e ambiguidade configurativa (por exemplo, Dresp, 1997; Grossberg, 1997). Rege-se pela chamada lei da boa continuação, e refletida por efeitos interativos entre os co-axial estímulos no campo visual (Hubel e Wiesel, 1959, 1968; von der Heydt e Peterhans, 1989; Dresp e Bonnet, 1991; Peterhans von der Heydt, 1991; Kapadia et al., 2000; Craft et al., 2007). As actividades de resposta específica dos neurónios corticais visuais são desencadeadas por estas interacções co-axiais (cf. the first observations by Nelson and Frost, 1978; von der Heydt et al., 1984 no córtex visual do macaco), revelando as propriedades funcionais dos mecanismos cerebrais projetados para completar a entrada de contraste fisicamente descontínua através do espaço visual colinear. A integração espacial Collinear é crucial para a detecção de alinhamento, trajetórias virtuais e contornos em um mundo onde a maioria dos objetos são vistos incompletamente. Permite que um observador humano avalie a continuidade dos fragmentos de imagem em condições de visibilidade diminuída e ambiguidade aumentada do estímulo. Dados experimentais sobre integração visual collinear mostraram que a recuperação perceptual das representações globais do espaço collinear envolve muitos níveis de processamento visual, não um único, desde a detecção visual de detalhes de imagem local à percepção de campos de associação globais (por exemplo, Dresp, 1993; Field et al., 1993; Polat e Sagi, 1993, 1994; Kapadia et al., 1995; Polat e Nórcia, 1996; Yu E Levi, 1997, 2000; Wehrhahn and Dresp, 1998; Chen et al., 2001; Chen and Tyler, 2001; Tzvetanov and Dresp, 2002; Dresp and Langley, 2005; Chen and Tyler, 2008; Huang et al., 2012). Em imagens complexas, alguns fragmentos visíveis de estímulo aparecem claramente alinhados, outros não. Condições fenomenais específicas de relacionabilidade do contorno (Kellman e Shipley, 1991; Shipley e Kellman, 1992, 2001) precisam ser satisfeitas para permitir a interpolação collinear em cenas 2D estáticas. Este processo de interpolação restringe a propagação de superfícies em regiões não especificadas na imagem. A contribuição da experiência passada e da aprendizagem perceptual para os mecanismos iniciais de interpolação e agrupamento deve ser tida em conta, dado que os dados de memória específicos sobre objectos (Kimchi e Hadad, 2002) e a sua configuração espacial mais provável são susceptíveis de facilitar (ou eventualmente interferir, dependendo das condições) o processamento visual contínuo de uma imagem.
embora a recuperação de propriedades de objetos verídicos não fosse uma questão importante na teoria Gestalt inicial, suas leis de organização perceptual geraram um quadro conceitual para abordá-la. Compreender que condições de imagem produzem configurações geométricas que irão satisfazer as leis mais essenciais de Gestalt e garantir o Prägnanz ideal para a tomada de decisões baseadas em imagens é semelhante à compreensão da gramática de sentenças bem formadas. A teoria Gestalt é tão relevante como sempre no contexto da tecnologia de interface visual para cirurgia guiada por imagens, por exemplo. A cirurgia guiada por imagens usa imagens tiradas antes e / ou durante o procedimento para ajudar o cirurgião a navegar. O objetivo é aumentar a capacidade de decisão e ação do cirurgião durante o procedimento (ver Perrin et al., 2009, para revisão). Na realidade aumentada, a orientação é fornecida diretamente sobre a visão do cirurgião do paciente misturando imagens reais e virtuais (Figura 1). As qualidades perceptuais (cor, brilho, saliência, por exemplo) das imagens renderizadas são essenciais para tornar as regiões específicas de interesse para o cirurgião perfeitamente perceptíveis. Isso inclui a rastreabilidade visual dos dispositivos em relação ao paciente, o registro e alinhamento do modelo pré-operatório e a visualização otimizada dos dados pré-operatórios. Visualização neste contexto significa traduzir dados de imagem em uma representação gráfica que é compreensível pelo usuário (o cirurgião), pois transmite informações importantes para avaliar a estrutura e função, e para fazer (a direita!) decisões durante uma intervenção. O campo tem evoluído dramaticamente nos últimos anos, no entanto, o problema mais crítico para a cirurgia guiada por imagens ainda é o do projeto de interface de usuário centrado em tarefas. Durante uma intervenção cirúrgica, o tempo para a geração de dados de imagem é fundamental, e para facilitar a navegação através de grandes cavidades com vários obstáculos, tais como dentro do abdômen, complexo exibe foram projetados para fornecer ajudas de navegação. Eles combinam renderizações superficiais da anatomia (Figura 1, meio) a partir de imagens pré-operatórias com técnicas de visualização intra-operatória. Uma estratégia comum aqui é representar dados volumétricos como superfícies 2D com opacidade variável. A eficiência dos renderings para facilitar as decisões do usuário humano pode ser avaliada em termos da experiência perceptual de superfícies críticas que representam regiões de interesse para o cirurgião.
FIGURA 1
Figura 1. Uma configuração de imagem produzirá a solução perceptual mais simples e completa possível sob as condições dadas (princípio Gestalt de Prägnanz). Na cirurgia guiada pela imagem, a orientação visual é fornecida diretamente sobre a visão do cirurgião da anatomia do paciente, misturando imagens reais e virtuais. Compreender que condições de imagem produzem configurações geométricas que irão satisfazer as leis mais essenciais da Gestalt e garantir o Prägnanz ideal para a decisão ajudará a aumentar a eficiência das imagens renderizadas (médio). O objetivo aqui é facilitar estratégias intervencionistas em relação a regiões específicas de interesse para o cirurgião. O rastreamento Visual das trajetórias da dica é importante para avaliar a evolução das habilidades, sendo a precisão posicional das dicas crítica (à esquerda). A tecnologia que facilita a precisão posicional dos movimentos das pontas de ferramentas, gerando dados visuais para a posição relativa, alinhamento e antecipação da trajetória (lei perceptual de boa continuação) é urgentemente necessária. A análise computacional em tempo real de desvios de alinhamentos críticos durante intervenções (direita) é atualmente o “Santo Graal” neste campo do desenvolvimento tecnológico.
além disso, a imagiologia intra-operativa fornece muitas vezes mais informações de diagnóstico e permite avaliar os riscos, bem como perspectivas de reparação. Neste contexto, o acompanhamento por instrumentos guiados por imagens constitui um grande desafio para a investigação e desenvolvimento em curso neste domínio (West e Maurer, 2004; Huang et al., 2007). Um problema crítico para o cirurgião é detectar e acompanhar as posições relativas das ferramentas cirúrgicas que ele/ela está usando durante a intervenção (Figura 1, direita). O acompanhamento Visual das trajectórias das dicas é também uma ajuda preciosa para avaliar a evolução das competências em cirurgiões estagiários, sendo a precisão posicional das dicas crítica durante uma intervenção (por exemplo, Jiang et al., 2015). O desenvolvimento e teste de novas ajudas visuais para facilitar a detecção de alinhamento, posição relativa e trajetórias (lei perceptual de boa continuação) é urgentemente necessário aqui. Em última análise, a tecnologia onde a própria ferramenta cirúrgica se tornará uma ajuda visual de navegação genuína na cirurgia guiada por imagens deve ser desenvolvida em um futuro próximo e testes psicofísicos devem ter um grande impacto sobre esses desenvolvimentos.
financiamento
Apoio Financeiro foi concedido pelo Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS MI AAP 2015).
Declaração de conflito de interesses
o autor declara que a investigação foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.
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