Представьте, что вы идете в африканской саванне. Внезапно вы замечаете движущийся куст, частично затеняющий большой желтый предмет. Из этой ограниченной информации вам нужно выяснить, находитесь ли вы в опасности и решаете, как реагировать. Это куча сухой травы? Или голодный лев?

В таких ситуациях наш мозг должен использовать сложную и неопределенную визуальную информацию для принятия решений с раздельной секундой. Выводы и последующие решения, которые мы принимаем, основываясь на том, что мы видим, могут быть различием между адекватным ответом на угрозу и становлением следующей едой льва.

Традиционно, нейробиологи думали о визуальной обработке информации как о цепочке событий, которые происходят одна за другой, фильтруя входной сигнал (из глаз), который изменяется по пространству и времени. Но совсем недавно мы начали рассматривать процесс как более динамичный и интерактивный. Поскольку визуальная система пытается разрешить неопределенность в полученной сенсорной информации, она использует как предварительные знания, так и текущие данные, чтобы сделать обоснованные предположения о том, что происходит.

Визуальная система: гораздо больше, чем глаза

Глаза, конечно, имеют решающее значение для того, как мы видим, что происходит вокруг нас. Но основная часть интенсивно изученной человеческой визуальной системы лежит в мозгу.

В сетчатке у вас на глазах есть фоторецепторы, которые чувствуют и реагируют на свет в окружающей среде. Эти фоторецепторы, в свою очередь, активируют нейроны, которые передают информацию зрительной коре головного мозга, расположенной в задней части головы. Затем визуальная корка обрабатывает необработанные данные, чтобы мы могли принимать решения о том, как реагировать и вести себя надлежащим образом на основе исходного ввода в глаза.

Визуальная кора организована в анатомической и функциональной иерархии. Каждый этап отличается от каждого другого, как с точки зрения его микроскопической анатомии, так и ее функциональной роли и физиологии - то есть, как нейроны реагируют на разные раздражители.

Традиционно исследователи полагали, что эта иерархия отфильтровывает информацию последовательно, поэтапно, снизу вверх. Они полагали, что каждый уровень обработки визуального мозга проходит вверх по более изысканной форме визуального сигнала, полученного от нижних уровней. Например, на одном этапе иерархии высококонтрастные ребра извлекаются из сцены, чтобы впоследствии формировать границы для фигур и объектов.

Первоначальное мышление состояло в том, что в конечном итоге наивысшие уровни зрительной коры будут содержать в своей структуре нейронной деятельности значимое представление о мире, с которым мы могли бы тогда действовать. Но несколько недавних разработок в области нейронауки повернули это мнение с ног на голову.

Мир - и, следовательно, визуальная среда - очень неопределен от момента к моменту. Кроме того, мы знаем из многих исследований что способность зрительного мозга поразительно ограничена. Мозг полагается на такие процессы, как визуальное внимание и зрительная память чтобы эффективно использовать эти ограниченные ресурсы.

Итак, как именно мозг эффективно перемещается в крайне неопределенной среде с ограниченным объемом информации? Ответ в том, что он играет в азартные игры.

Возможность воспользоваться лучшими преимуществами

Мозг должен использовать ограниченный ввод двусмысленной и переменной информации, чтобы сделать обоснованное предположение о том, что происходит в его окружении. Если эти догадки точны, они могут стать основой хороших решений.

Для этого мозг по существу играет на подмножестве информации, которую он имеет. Основываясь на небольшой ленте сенсорной информации, она делает ставку на то, что мир говорит об этом, чтобы получить лучший выигрыш поведенчески.

Рассмотрим пример движущегося куста в саванне. Вы видите размытый крупный желтый объект, затененный кустом. Этот объект заставил куст двигаться? Что такое желтая капля? Это угроза?

Эти вопросы имеют отношение к тому, что мы решили делать дальше с точки зрения нашего поведения. Использование ограниченной визуальной информации (движущийся куст, большой желтый объект) эффективным образом является поведенчески важным. Если мы сделаем вывод, что желтый объект действительно лев или какой-либо другой хищник, мы можем решить быстро двигаться в противоположном направлении.

Вывод может быть определен как вывод, основанный на доказательствах и рассуждениях. В этом случае вывод (это лев) основан на обоих доказательствах (большой желтый объект, движущийся куст) и рассуждениях (львы большие и присутствуют в саванне). Нейробиологи думают о вероятностный вывод как вычисление включая комбинацию предварительной информации и текущих доказательств.

Двусторонние соединения мозга

Нейроанатомические и нейрофизиологические данные за последние два десятилетия показали, что иерархия в зрительной коре содержит большое количество соединений переход от нижнего к высшему и выше к нижнему на каждом уровне. Вместо того, чтобы информация пробивалась через перевернутую воронку, становясь утонченной, поскольку она идет все выше и выше, кажется, что визуальная система является более интерактивной иерархией. По-видимому, он работает над устранением неопределенности, присущей миру, благодаря постоянному циклу обратной связи и обратной связи. Это позволяет комбинация вверх дном текущие доказательства и нисходящий предварительная информация на всех уровнях иерархии.

Анатомические и физиологические данные, свидетельствующие о более взаимосвязанном визуальном мозге, хорошо дополняются поведенческими экспериментами. По ряду визуальных задач - распознавание объектов, поиск определенного объекта среди нерелевантных объектов и вспоминая кратко представленную визуальную информацию - люди действуют в соответствии с ожиданиями, порожденными правилами вероятностного вывода. Наши поведенческие прогнозы, основанные на предположении, что вероятностный вывод лежит в основе этих возможностей, хорошо соответствуют фактическим экспериментальным данным.

Информированные предположения, минимизирующие ошибку

Нейробиологи предположили, что благодаря естественному отбору мозг эволюционировал, чтобы свести к минимуму разницу между моментом и временем между тем, что воспринимается и что ожидается. Минимизация этого несоответствия обязательно предполагает использование вероятностного вывода для прогнозирования аспектов входящей информации на основе предшествующих знаний о мире. Нейробиологи назвали этот процесс интеллектуальное кодирование.

Значительная часть данных, которые поддерживали подход интеллектуального кодирования, прошла через изучение визуальной системы. Однако теперь исследователи начиная обобщать идею и применять его к другим аспектам обработки информации в мозге. Этот подход дал много потенциальных будущих направлений современной нейронауки, включая понимание взаимосвязи между низкоуровневые ответы отдельных нейронов и динамика нейронов более высокого уровня (например, групповой активности, зарегистрированной в электроэнцефалограмме или ЭЭГ).

Хотя идея о том, что восприятие - это процесс вывода, - это не нова, современная нейронаука активизировала его в последние годы - и это сильно изменило поле. Кроме того, этот подход обещает увеличить наше понимание обработки информации не только для визуальной информации, но и всех форм сенсорной информации, а также процессов более высокого уровня, таких как принятие решений, память и сознательная мысль.

Об авторе

Алекс Бурместер, научный сотрудник по вопросам восприятия и памяти, Нью-Йоркский университет

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon