Grenser I Beregnings Neuroscience

Visuelle illusjoner er sensoriske percepts som ikke kan forklares helt fra det observerte bildet, men som oppstår fra det interne arbeidet i det visuelle systemet. I dem oppfatter vi noe som ikke er fysisk tilstede i bildet, og er av interesse for nevrologer fordi de avslører visuell behandling som vi normalt ikke er klar over. For eksempel lar den samtidige kontrastillusjonen oss sette pris på at vi ikke oppfatter luminans i absolutte verdier, og at det visuelle systemet i stedet beregner et objekts luminans i forhold til omgivelsene (Figur 1a).

ved å dissociere våre sensoriske percepter fra de fysiske egenskapene til en stimulus, gir visuelle illusjoner nevrologer en unik mulighet til å studere nevronmekanismer som ligger til grunn for våre sensoriske erfaringer (Eagleman, 2001; Panagiotaropoulos et al., 2012). De fremtredende perceptene som visuelle illusjoner skaper, sammen med det faktum at de oppstår fra intern behandling, stimulerer stadig forskere til å søke etter mekanismen og plasseringen i hjernen der illusjoner kommer fra. Imidlertid har illusjoner vist seg så vanskelig å forklare som andre perceptuelle fenomener.

den fysiologiske opprinnelsen til noen illusjoner har blitt undersøkt hos dyr, hvorav noen er kjent for å oppleve dem på samme måte som mennesker(Tudusciuc og Nieder, 2010). Denne forskningen viser at perseptuelle fenomener som visuell maskering, flash undertrykkelse, fylling – in, bevegelse-indusert dybde ,og kyklopiske persepsjon (tilfeldige punkt stereograms) er til stede i tidlige stadier av visuell prosessering i strukturer som thalamus, og de primære og sekundære visuelle cortices (Carney et al., 1989; Macknik et al., 2000; von Der Heydt et al., 2000; Grinvald Og Hildesheim, 2004; Wilke et al., 2009).

Mü-Lyser-illusjonen (MLI) Er en enkel og mye studert geometrisk illusjon som i sin klassiske form består av to horisontale linjesegmenter som oppfattes å ha forskjellige lengder avhengig av om de har pilehoder eller pilehaler ved sine endepunkter(Figur 1B-E–. I et forsøk på å forstå nevronmekanismer bak illusjonen tidligere arbeid Av Zeman et al. (2013) viste AT MLI er tilstede i det flerlags kunstige nettverket HMAX, som er en modell som inkorporerer mange funksjoner i primat visuelle systemet (Serre et al., 2005). Forfatterne trente først nettverket for å kategorisere bilder av korte og lange horisontale aksler, presentert i konfigurasjoner som ikke fremkaller illusjonen hos mennesker. Etter denne opplæringen ba de nettverket om å klassifisere aksellengder av bilder som inneholder den klassiske MLI.

resultatene viser AT hmax-nettverket viste en bias i klassifiseringen av de horisontale akslene, og klassifiserte de med pilspisser som kortere enn de faktisk var. Interessant nok var størrelsen på forspenningen lik den som ble målt hos mennesker, og denne effekten ble også modulert av vinkelen til finnene, med mindre vinkler (nærmere den horisontale akselen) som produserte en større forspenning. Det er viktig at forfatterne viste at det endelige klassifiseringslaget, det vil si laget som kategoriserer bildene så lenge eller kort, ikke stole bare på enheter med høye romlige frekvenser. Dette resultatet unnlater å støtte forklaringen på illusjonen på lavt nivå som sier at lavpassegenskapene til senter-surround og enkle celler kan være hovedårsaken til illusjonen (Figur 1f). Videre, gitt at nettverket ikke ble trent med naturlige bilder, og at det ikke inneholdt informasjon i forhold til dybden, var ikke forklaringen på illusjonen på høyt nivå heller (Figur 1g; Segall et al.(1963; Ninio, 2014).

det nye arbeidet Til Zeman et al. (2014) utdyper de tidligere resultatene ved å demonstrere at størrelsen på illusjonen øker etter behandling av lag med enkle celler, og at den avtar etter behandling av lag med komplekse celler. Reduksjonen av illusjonen av komplekse celler antyder at egenskapen til posisjonell invarians (evnen til å reagere på en stimulus til tross for sin romlige plassering) kan gjøre disse nevronene mindre følsomme for bias indusert av illusjonen. Disse nye resultatene indikerer at STØRRELSEN PÅ MLI kan representeres forskjellig på tvers av forskjellige nevronpopulasjoner, og at mer abstrakte representasjoner av bildene kan være mindre følsomme for de illusoriske effektene.

mekanismene bak illusjonen er fortsatt unnvikende. Som Zeman og kolleger viser, kan forklaringen på lavt nivå, til tross for sin attraktive enkelhet, ikke være den komplette historien. Som det er vist med tilfeldige punkter stereogrammer og andre kikkertversjoner av illusjonen (Figur 1e), KAN MLI genereres på et behandlingsnivå utover de enkle senter-surround-mottakelige feltene, selv i fravær av luminanskontrast (Julesz, 1971). Selv om» carpentered world » – hypotesen ikke er nødvendig for å forklare illusjonen, tyder involveringen av parietal-og occipito-temporal cortices på at det er sannsynlig at høyere kognitive prosesser er involvert (Weidner Og Fink, 2007; Mancini et al., 2011).

MLI demonstrerer at den intuitivt enkle instruksjonen «sammenlign lengden på de to horisontale linjene» ikke bæres av det visuelle systemet så greit som det subjektivt føles. Det er klart at det visuelle systemet sammenligner noe annet på tvers av tegningene, og det kan være relatert til komplette visuelle objekter, ikke til lokal informasjon. Når du blir spurt om størrelsen, kan vårt visuelle system dømme størrelsen på de komplette objektene. Dette kan demonstreres ved å fokusere vår oppmerksomhet på et lokalt trekk Ved mü-Lyser-tegningen, for eksempel ved å prøve å avgjøre om endepunktene til pilene er justert vertikalt (Figur 1d). Det kan verdsettes, selv I Figur 1B ELLER Figur 1C, at hjørner er justert vertikalt, en oppfatning som indikerer at illusjonen ikke er tilstede på lokalt nivå.

MLI-illusjonen er en villedende enkel perceptuell opplevelse som fortsetter å tiltrekke oppmerksomheten til nevrologer. Arbeidet Til Zeman og kolleger antyder at to ofte citerte årsaker til illusjonen, lavpassfiltreringsegenskapene til visuelle nevroner og «carpentered world» – hypotesen, ikke er nødvendig for å generere illusjonen i et primatlignende visuelt system. Fremtidig arbeid vil være nødvendig for å belyse mekanismene som hjernen anslår og sammenligner størrelsen på visuelt identifiserte objekter.

Interessekonflikt

forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.

Anerkjennelser

vi anerkjenner støtten Fra Direcció Generelt Om Registrering av En Personlig Konto Ved Å Ha Valgt En Valgfri Registreringsdato Eller En Registreringsdato Og Consejo Nacional De Ciencia y Tecnologí. Vi takker Edgar Bolañ for teknisk assistanse.