Fronteiras em Neurociência Computacional

ilusões visuais são percepções sensoriais que não podem ser explicadas completamente a partir da imagem observada, mas que surgem a partir do funcionamento interno do sistema visual. Neles, percebemos algo que não está fisicamente presente na imagem, e são de interesse para os neurocientistas porque revelam um processamento visual que normalmente não estamos cientes. Por exemplo, a ilusão de contraste simultâneo permite-nos apreciar que não percebemos luminância em valores absolutos e que, em vez disso, o sistema visual calcula a luminância de um objecto em relação ao seu entorno (figura 1A).

, dissociando o nosso sensorial pelos percepts a partir de características físicas de um estímulo, ilusões visuais fornecer neurocientistas com uma oportunidade única para estudar os mecanismos neuronais subjacentes nossas experiências sensoriais (Eagleman, 2001; Panagiotaropoulos et al., 2012). As percepções salientes que as ilusões visuais criam, juntamente com o fato de que elas surgem do processamento interno, estimulam constantemente os pesquisadores a procurar o mecanismo e a localização dentro do cérebro onde as ilusões se originam. No entanto, as ilusões provaram ser tão difíceis de explicar como qualquer outro fenômeno perceptivo.

as origens fisiológicas de algumas ilusões foram investigadas em animais, alguns dos quais são conhecidos por percebê-las similarmente aos humanos (Tudusciuc e Nieder, 2010). Esta pesquisa mostra que fenômenos perceptuais como mascaramento visual, supressão flash, enchimento, profundidade induzida pelo movimento, e percepção ciclopeana (estereogramas de pontos aleatórios) estão presentes em estágios iniciais do processamento visual em estruturas como o tálamo, e os córtices visuais primário e secundário (Carney et al., 1989; Macknik et al., 2000; von der Heydt et al., 2000; Grinvald and Hildesheim, 2004; Wilke et al., 2009).

a ilusão Müller-Lyer (MLI) é uma ilusão geométrica simples e muito estudada de que, na sua forma clássica, consiste em dois segmentos de linha horizontais que são percebidos como tendo comprimentos diferentes dependendo se eles têm pontas de flecha ou ararutas nos seus pontos finais (figuras 1B–E). Em um esforço para entender os mecanismos neuronais por trás da ilusão trabalho anterior de Zeman et al. (2013) demonstrated that the MLI is present in the multi-layered artificial network HMAX, which is a model that incorporates many features of the primate visual system (Serre et al., 2005). Os autores treinaram pela primeira vez a rede para categorizar imagens de eixos horizontais curtos e longos, apresentados em configurações que não evocam a ilusão em humanos. Após este treinamento, eles pediram à rede para classificar o comprimento do eixo de imagens contendo o MLI clássico.

the results show that the HMAX network showed a bias in the classification of the horizontal shafts, classificating the ones with arrowheads as shorter than actually were. Curiosamente, a magnitude do viés foi semelhante à medida em seres humanos, e este efeito também foi modulado pelo ângulo das barbatanas, com ângulos menores (mais perto do eixo horizontal) produzindo um viés maior. Mais importante ainda, os autores demonstraram que a camada de classificação final, ou seja, a camada que categoriza as imagens como longas ou curtas, não depende apenas de unidades com altas frequências espaciais. Este resultado não suporta a explicação de baixo nível da ilusão afirmando as características de baixa passagem das células simples e rodeadas de centro podem ser a principal causa da ilusão (figura 1F). Além disso, dado que a rede não foi treinada com imagens naturais, e que não continha informações relativas à profundidade, a explicação de alto nível “mundo carpinteiro” da ilusão também não era favorecida (figura 1G; Segall et al., 1963; Ninio, 2014).

the new work of Zeman et al. (2014) elabora esses resultados anteriores, demonstrando que a magnitude da ilusão aumenta após o processamento por camadas de células simples, e que diminui após o processamento por camadas de células complexas. A redução da ilusão por células complexas sugere que a propriedade da invariância posicional (a capacidade de responder a um estímulo apesar de sua localização espacial) poderia tornar esses neurônios menos sensíveis ao viés induzido pela ilusão. Estes novos resultados indicam que a magnitude do MLI pode ser representada de forma diferente em diferentes populações neuronais, e que representações mais abstratas das imagens podem ser menos sensíveis aos efeitos ilusórios.

os mecanismos por trás da ilusão ainda são evasivos. Como Zeman e colegas mostram, a explicação de baixo nível, apesar de sua simplicidade atraente, pode não ser a história completa. Como tem sido mostrado com estereogramas de pontos aleatórios e outras versões binoculares da ilusão (figura 1E), o MLI pode ser gerado em um nível de processamento além daqueles de campos receptivos simples de Centro-envolvente, mesmo na ausência de contraste de luminância (Julesz, 1971). Embora a hipótese do “mundo carpinteiro” não seja necessária para explicar a ilusão, o envolvimento dos córtices parietal e occipito-temporal sugere que é provável que processos cognitivos superiores estejam envolvidos (Weidner e Fink, 2007; Mancini et al., 2011).

the MLI demonstrates that the intuitively simple instruction “compare the length of the two horizontal lines” is not carried by the visual system as straightforwardly as it subjectively feels. É claro que o sistema visual está comparando algo mais através dos desenhos, e pode estar relacionado a objetos visuais completos, não a informação local. Quando perguntado sobre o tamanho, Nosso sistema visual pode estar julgando o tamanho dos objetos completos. Isso pode ser demonstrado focando nossa atenção em uma característica local do desenho Müller-Lyer, por exemplo, tentando determinar se os pontos finais das setas estão alinhados verticalmente (figura 1D). Pode-se apreciar, mesmo na figura 1B ou na figura 1C, que os vértices estão alinhados verticalmente, uma percepção que indica que a ilusão não está presente em um nível local.

a ilusão de MLI é uma experiência perceptual enganosamente simples que continua a atrair a atenção dos neurocientistas. O trabalho de Zeman e colegas sugere que duas causas frequentemente citadas da ilusão, as propriedades de Filtragem de baixa passagem dos neurônios visuais e a hipótese do “mundo amestrado”, não são necessárias para gerar a ilusão dentro de um sistema visual de primatas. Serão necessários trabalhos futuros para elucidar os mecanismos pelos quais o cérebro estima e compara o tamanho de objetos visualmente identificados.

Declaração de conflito de interesses

os autores declaram que a investigação foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.

Agradecimentos

reconhecemos o apoio da Dirección General de Asuntos del Pessoal Académico de la Universidad Nacional Autónoma de México e o Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Agradecemos a Edgar Bolaños pela Assistência Técnica.Carney, T., Paradiso, M. A., and Freeman, R. D. (1989). Uma correlação fisiológica do efeito de Pulfrich nos neurónios corticais do gato. Vision Res. 29, 155-165. doi: 10.1016/0042-6989(89)90121-1

Pubmed Resumo | Pubmed Texto Completo | CrossRef Texto Completo | Google acadêmico