határok a számítási idegtudományban

a vizuális illúziók olyan érzékszervi észlelések, amelyeket nem lehet teljesen megmagyarázni a megfigyelt képből, de amelyek a vizuális rendszer belső működéséből származnak. Bennük olyasmit érzékelünk, ami fizikailag nincs jelen a képen, és érdekesek az idegtudósok számára, mert olyan vizuális feldolgozást tárnak fel, amelyről általában nem tudunk. Például az egyidejű kontraszt illúzió lehetővé teszi számunkra, hogy értékeljük, hogy nem érzékeljük a fényerőt abszolút értékekben, hanem a vizuális rendszer kiszámítja az objektum fényerejét a környezetéhez viszonyítva (1a ábra).

azáltal, hogy elválasztjuk érzékszervi észleléseinket az inger fizikai jellemzőitől, a vizuális illúziók egyedülálló lehetőséget nyújtanak az idegtudósok számára az érzékszervi tapasztalataink alapjául szolgáló neuronális mechanizmusok tanulmányozására (Eagleman, 2001; Panagiotaropoulos et al., 2012). A vizuális illúziók által létrehozott kiemelkedő észlelések, valamint az a tény, hogy belső feldolgozásból származnak, folyamatosan arra ösztönzik a kutatókat, hogy keressék azt a mechanizmust és helyet az agyban, ahol az illúziók származnak. Az illúziókat azonban ugyanolyan nehéz megmagyarázni, mint bármely más észlelési jelenséget.

egyes illúziók fiziológiai eredetét állatokon vizsgálták, amelyek közül néhányról ismert, hogy az emberhez hasonlóan érzékeli őket (Tudusciuc and Nieder, 2010). Ez a kutatás azt mutatja, hogy az olyan észlelési jelenségek, mint a vizuális maszkolás, a vaku elnyomása, a kitöltés, a mozgás által kiváltott mélység és a ciklopi észlelés (véletlenszerű pont sztereogramok) jelen vannak a vizuális feldolgozás korai szakaszában olyan struktúrákban, mint a thalamus, valamint az elsődleges és másodlagos vizuális kéregek (Carney et al., 1989; Macknik et al., 2000; von der Heydt et al., 2000; Grinvald és Hildesheim, 2004; Wilke et al., 2009).

az M ons egy egyszerű és sokat tanulmányozott geometriai illúzió, amely klasszikus formájában két vízszintes vonalszakaszból áll, amelyek különböző hosszúságúak attól függően, hogy nyílhegyek vagy nyílhegyek vannak-e a végpontjukon (1b–E ábra). Annak érdekében, hogy megértsük az illúzió mögött meghúzódó neuronális mechanizmusokat, Zeman et al. (2013) kimutatta, hogy az MLI jelen van a többrétegű mesterséges hálózatban HMAX, amely egy olyan modell, amely magában foglalja a főemlős vizuális rendszer számos jellemzőjét (Serre et al., 2005). A szerzők először kiképezték a hálózatot a rövid és hosszú vízszintes tengelyek képeinek kategorizálására, olyan konfigurációkban, amelyek nem idézik elő az illúziót az emberekben. A képzés után felkérték a hálózatot, hogy osztályozza a klasszikus MLI-t tartalmazó képek tengelyhosszát.

az eredmények azt mutatják, hogy a Hmax hálózat torzítást mutatott a vízszintes tengelyek osztályozásában, a nyílhegyekkel rendelkezőket rövidebbnek minősítve, mint valójában. Érdekes módon a torzítás nagysága hasonló volt az embereknél mért értékhez, és ezt a hatást az uszonyok szöge is modulálta, kisebb szögekkel (közelebb a vízszintes tengelyhez) nagyobb torzítást eredményezve. Fontos, hogy a szerzők bebizonyították, hogy a végső osztályozási réteg, azaz az a réteg, amely a képeket hosszúnak vagy rövidnek kategorizálja, nem csak a magas térbeli frekvenciájú egységekre támaszkodik. Ez az eredmény nem támasztja alá az illúzió alacsony szintű magyarázatát, amely szerint a középső térhatás aluláteresztő tulajdonságai és az egyszerű sejtek lehetnek az illúzió fő okai (1F ábra). Továbbá, tekintettel arra, hogy a hálózatot nem képezték ki természetes képekkel, és hogy nem tartalmazott információt a mélységről, az illúzió magas szintű “ácsos világ” magyarázata sem volt előnyös (1g ábra; Segall et al., 1963; Ninio, 2014).

az új munka Zeman et al. (2014) kidolgozza ezeket a korábbi eredményeket annak bemutatásával, hogy az illúzió nagysága növekszik az egyszerű sejtek rétegeivel történő feldolgozás után, és hogy csökken a komplex sejtek rétegeivel történő feldolgozás után. Az illúzió komplex sejtekkel történő csökkentése azt sugallja, hogy a helyzeti invariancia tulajdonsága (az ingerre való reagálás képessége annak térbeli elhelyezkedése ellenére) kevésbé érzékenyé teheti ezeket az idegsejteket az illúzió által kiváltott elfogultságra. Ezek az új eredmények azt mutatják, hogy az MLI nagysága eltérő lehet a különböző neuronális populációkban, és hogy a képek elvontabb ábrázolása kevésbé érzékeny lehet az illuzórikus hatásokra.

az illúzió mögötti mechanizmusok még mindig megfoghatatlanok. Ahogy Zeman és kollégái mutatják, az alacsony szintű magyarázat vonzó egyszerűsége ellenére nem biztos, hogy a teljes történet. Amint azt a véletlenszerű pont sztereogrammokkal és az illúzió más binokuláris változataival (1e ábra) megmutattuk, az MLI előállítható olyan feldolgozási szinten, amely meghaladja az egyszerű Közép-surround befogadó mezőket, még fényerősség-kontraszt hiányában is (Julesz, 1971). Bár az” asztalos világ ” hipotézis nem szükséges az illúzió magyarázatához, a parietális és az occipito-temporális kéregek bevonása arra utal, hogy valószínűleg magasabb kognitív folyamatok is részt vesznek (Weidner and Fink, 2007; Mancini et al., 2011).

az MLI bemutatja, hogy az intuitív módon egyszerű utasítást “hasonlítsa össze a két vízszintes vonal hosszát” a vizuális rendszer nem hordozza olyan egyenesen, mint szubjektíven érzi. Nyilvánvaló, hogy a vizuális rendszer valami mást hasonlít össze a rajzokon, és lehet, hogy a teljes vizuális objektumokhoz kapcsolódik, nem pedig a helyi információkhoz. Amikor a méretről kérdezik, vizuális rendszerünk megítélheti a teljes tárgyak méretét. Ezt úgy mutathatjuk be, hogy figyelmünket az M ons-Lyer rajz egy helyi jellemzőjére összpontosítjuk, például megpróbáljuk meghatározni, hogy a nyilak végpontjai függőlegesen vannak-e igazítva (1D ábra). Még az 1b. vagy az 1C. ábrán is értékelhető, hogy a csúcsok függőlegesen vannak igazítva, az illúziót jelző észlelés helyi szinten nincs jelen.

az MLI illúzió megtévesztően egyszerű észlelési élmény, amely folyamatosan vonzza az idegtudósok figyelmét. Zeman és kollégái munkája azt sugallja, hogy az illúzió két gyakran idézett oka, a vizuális neuronok aluláteresztő szűrési tulajdonságai és az” asztalos világ ” hipotézis nem szükséges az illúzió létrehozásához egy főemlősszerű vizuális rendszerben. A jövőben arra lesz szükség, hogy tisztázzuk azokat a mechanizmusokat, amelyekkel az agy megbecsüli és összehasonlítja a vizuálisan azonosított tárgyak méretét.

összeférhetetlenségi nyilatkozat

a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.

Köszönetnyilvánítás

elismerjük a Direcci (General de Asuntos del Personal Academy) és a Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologus (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologist) támogatását. Köszönjük Edgar Bola-nak a technikai segítséget.