Frontiers in Computational Neuroscience

iluziile vizuale sunt percepții senzoriale care nu pot fi explicate complet din imaginea observată, dar care apar din funcționarea internă a sistemului vizual. În ele, percepem ceva care nu este prezent fizic în imagine și prezintă interes pentru neurologi, deoarece dezvăluie procesarea vizuală de care nu suntem conștienți în mod normal. De exemplu, iluzia simultană a contrastului ne permite să apreciem că nu percepem luminanța în valori absolute și că, în schimb, sistemul vizual calculează luminanța unui obiect în raport cu împrejurimile sale (figura 1a).

prin disocierea percepțiilor noastre senzoriale de caracteristicile fizice ale unui stimul, iluziile vizuale oferă neurologilor o oportunitate unică de a studia mecanismele neuronale care stau la baza experiențelor noastre senzoriale (Eagleman, 2001; Panagiotaropoulos și colab., 2012). Percepțiile importante pe care le creează iluziile vizuale, împreună cu faptul că apar din procesarea internă, stimulează constant cercetătorii să caute mecanismul și locația din creier de unde își au originea iluziile. Cu toate acestea, iluziile s-au dovedit la fel de greu de explicat ca orice alte fenomene perceptuale.

originile fiziologice ale unor iluzii au fost investigate la animale, dintre care unele sunt cunoscute că le percep în mod similar cu oamenii (Tudusciuc și Nieder, 2010). Această cercetare arată că fenomenele perceptive, cum ar fi mascarea vizuală, suprimarea blițului, umplerea, adâncimea indusă de mișcare și percepția ciclopeană (stereograme punctuale aleatorii) sunt prezente în stadiile incipiente ale procesării vizuale în structuri precum talamusul și cortexurile vizuale primare și secundare (Carney și colab., 1989; Macknik și colab., 2000; von der Heydt și colab., 2000; Grinvald și Hildesheim, 2004; Wilke și colab., 2009).

iluzia m Elixller-Lyer (MLI) este o iluzie geometrică simplă și mult studiată, care în forma sa clasică constă din două segmente de linie orizontală care sunt percepute a avea lungimi diferite în funcție de faptul dacă au vârfuri de săgeată sau săgeți la punctele lor finale (figurile 1b–E). Într-un efort de a înțelege mecanismele neuronale din spatele iluziei, lucrarea anterioară a lui Zeman și colab. (2013) a demonstrat că MLI este prezent în rețeaua artificială cu mai multe straturi HMAX, care este un model care încorporează multe caracteristici ale sistemului vizual primat (Serre și colab., 2005). Autorii au instruit mai întâi rețeaua pentru a clasifica imaginile arborilor orizontali scurți și lungi, prezentate în configurații care nu evocă iluzia la om. După acest antrenament au cerut rețelei să clasifice lungimile arborelui imaginilor care conțin MLI clasic.

rezultatele arată că rețeaua HMAX a arătat o părtinire în clasificarea arborilor orizontali, clasificându-i pe cei cu vârfuri de săgeată ca fiind mai scurți decât erau de fapt. Interesant este că magnitudinea părtinirii a fost similară cu cea măsurată la om, iar acest efect a fost modulat și de unghiul aripioarelor, cu unghiuri mai mici (mai aproape de arborele orizontal) producând o părtinire mai mare. Important, autorii au demonstrat că stratul de clasificare finală, adică stratul care clasifică imaginile ca fiind lungi sau scurte, nu se bazează doar pe unități cu frecvențe spațiale ridicate. Acest rezultat nu reușește să susțină explicația de nivel scăzut a iluziei, afirmând caracteristicile low-pass ale celulelor surround centrale și simple ar putea fi cauza principală a iluziei (figura 1F). Mai mult, având în vedere că rețeaua nu a fost instruită cu imagini naturale și că nu conținea informații relative la adâncime, nici explicația la nivel înalt a „lumii carpentered” a iluziei nu a fost favorizată (figura 1g; Segall și colab., 1963; Ninio, 2014).

noua lucrare a lui Zeman și colab. (2014) elaborează aceste rezultate anterioare demonstrând că magnitudinea iluziei crește după procesarea prin straturi de celule simple și că scade după procesarea prin straturi de celule complexe. Reducerea iluziei de către celulele complexe sugerează că proprietatea invarianței poziționale (capacitatea de a răspunde la un stimul în ciuda locației sale spațiale) ar putea face acei neuroni mai puțin sensibili la prejudecata indusă de iluzie. Aceste noi rezultate indică faptul că magnitudinea MLI ar putea fi reprezentată diferit în diferite populații neuronale și că reprezentările mai abstracte ale imaginilor ar putea fi mai puțin sensibile la efectele iluzorii.

mecanismele din spatele iluziei sunt încă evazive. După cum arată Zeman și colegii, explicația de nivel scăzut, în ciuda simplității sale atractive, s-ar putea să nu fie povestea completă. Așa cum s-a arătat cu stereogramele cu puncte aleatorii și alte versiuni binoculare ale iluziei (figura 1e), MLI poate fi generat la un nivel de procesare dincolo de cele ale câmpurilor receptive simple de centru-surround, chiar și în absența contrastului de luminanță (Julesz, 1971). Deși ipoteza „lumii carpentered” nu este necesară pentru a explica iluzia, implicarea cortexului parietal și occipito-temporal sugerează că este probabil să fie implicate procese cognitive superioare (Weidner și Fink, 2007; Mancini și colab., 2011).

MLI demonstrează că instrucțiunea intuitiv simplă „comparați lungimea celor două linii orizontale” nu este purtată de sistemul vizual atât de direct pe cât se simte subiectiv. Este clar că sistemul vizual compară altceva între desene și ar putea fi legat de obiecte vizuale complete, nu de informații locale. Când este întrebat despre Dimensiune, sistemul nostru vizual ar putea judeca dimensiunea obiectelor complete. Acest lucru poate fi demonstrat prin concentrarea atenției noastre într-o caracteristică locală a desenului m, de exemplu prin încercarea de a determina dacă punctele finale ale săgeților sunt aliniate vertical (figura 1D). Se poate aprecia, chiar și în figura 1B sau figura 1C, că vârfurile sunt aliniate vertical, o percepție care indică faptul că iluzia nu este prezentă la nivel local.

iluzia MLI este o experiență perceptivă înșelător de simplă care continuă să atragă atenția neurologilor. Lucrarea lui Zeman și a colegilor sugerează că două cauze adesea citate ale iluziei, proprietățile de filtrare low pass ale neuronilor vizuali și ipoteza „lumii carpentered”, nu sunt necesare pentru a genera iluzia într-un sistem vizual asemănător primatelor. Vor fi necesare lucrări viitoare pentru a elucida mecanismele prin care creierul estimează și compară dimensiunea obiectelor identificate vizual.

Declarație privind conflictul de interese

autorii declară că cercetarea a fost realizată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

mulțumiri

recunoaștem sprijinul din partea Direcției Generale de Asuntos del Personal Acad. Mulțumim lui Edgar Bola pentru asistență tehnică.