Znajdź zawartość

Naukowcy z Massachusetts Institute Technology próbują dowiedzieć się, jak to się dzieje, że potrafimy rozpoznawać obiekty. Ich prace mogą posłużyć do stworzenia maszyn widzących w sposób podobny jak ludzie. Widzenie i rozpoznawanie przedmiotów to dla nas umiejętności tak oczywiste, że w ogóle się nad nimi nie zastanawiamy. Tymczasem są to bardzo skomplikowane mechanizmy. Wystarczy uświadomić sobie, że nigdy nie widzimy dwukrotnie tego samego obrazu. Przedmioty, ludzi i zwierzęta oglądamy w coraz to nowych sytuacjach, pod innym kątem, przy zmieniającym się oświetleniu. A mimo to potrafimy je rozpoznać. Ta stabilność, niezmienność to podstawa umiejętności rozpoznawania obiektów - mówi James Di Carlo z McGovern Institute for Brain Research w MIT. Chcemy dowiedzieć się, w jaki sposób mózgowi udało się osiągnąć tę stabilność i jak możemy ją zaimplementować w systemach komputerowych - dodaje. Jedno z możliwych wyjaśnień jest takie, że w ciągu sekundy następują trzy niewielkie ruchy gałek ocznych. Tymczasem obiekty fizyczne poruszają się dość wolno. Oczy rejestrują więc "klatki" z obrazami danego obiektu, a mózg uznaje, że seria następujących po sobie "zdjęć" przedstawia ten sam obiekt i dlatego potrafimy go rozpoznać. Już wcześniej zespół DiCarlo przeprowadził ciekawy eksperyment, który potwierdziałby teorię "serii zdjęć". Badanym wyświetlano przedmiot peryferiach pola widzenia. Gdy oczy zaczynały się poruszać tak, żeby znalazł się on w centrum pola widzenia, przedmiot zamieniano na inny. Badani świadomie nie byli w stanie zarejestrować zmiany, jednak okazało się, że po pewnym czasie mylili oba przedmioty. Może to świadczyć o tym, że mózg, do którego trafiała "seria zdjęć" dwóch różnych przedmiotów, uznawał je za jeden. Ostatnio profesor DiCarlo przeprowadził kolejny eksperyment, tym razem na małpach. Naukowcy zbierali sygnały dobiegające z dolnej kory skroniowej w której najprawdopodobniej znajduje się ośrodek "stałości wzrokowej". Neurony tej kory mają swoje preferencje i reagują na "ulubiony" przedmiot niezależnie od tego, w którym miejscu pola widzenia się on znajduje. Najpierw zidentyfikowaliśmy obiekt, który neuron preferował - na przykład żaglówkę - oraz taki, który mniej 'lubił' - na przykład filiżankę herbaty - opowiada magistrant Nuo Li. Gdy w różnych miejscach pola widzenia wyświetlaliśmy żaglówkę, oczy małpy w naturalny sposób przemieszczały się tak, by znalazła się ona w centrum. Jedno z miejsc w polu widzenia wybraliśmy jako punkt, w którym będziemy małpę 'oszukiwać'. Najpierw wyświetlaliśmy tam żaglówkę, a gdy oczy zaczynały się poruszać, zmienialiśmy ją na filiżankę herbaty - mówi. Badania wykazały, że po serii takich "oszustw" neurony małp zareagowały tak samo, jak neurony ludzi z poprzednich badań - straciły orientację co do przedmiotu. Neuron, który "lubił" żaglówki nadal je preferował we wszystkich punktach pola widzenia, z wyjątkiem tego jednego, w którym pokazywano mu filiżankę herbaty. Akurat w tym miejscu zaczął preferować filiżankę herbaty. Im dłużej trwały eksperymenty, tym silniejsza była zmieniona preferencja. Co ważne, naukowcy w żaden sposób nie wpływali na preferencje małp. Zwierzęta mogły swobodnie wędrować wzrokiem po całym ekranie, na którym pokazywano obrazki. Byliśmy zdumieni efektywnością uczenia się neuronów, szczególnie po 1- lub 2-godzinnym treningu - mówi DiCarlo. Wydaje się, że nawet u dorosłych system rozpoznawania obiektów bez przerwy się uczy na podstawie doświadczenia. Jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że w ciągu roku oczy człowieka wykonują około 100 milionów ruchów, to ten właśnie mechanizm może być podstawą naszych umiejętności łatwego rozpoznawania obiektów - dodaje profesor.

Psycholodzy z Uniwersytetu w Exeter odkryli w mózgu istnienie mechanizmu wczesnego ostrzegania, który pomaga uniknąć popełnianych już w przeszłości błędów. Na znajome bodźce reaguje on w ciągu 0,1 sekundy (Journal of Cognitive Neuroscience). Wcześniejsze badania wykazały, że ludzie lepiej uczą się na błędach niż na zjawiskach, w przypadku których ich przewidywania były od razu trafne. Istotny dla uczenia się jest element zaskoczenia. Dzięki zapisowi wskaźników elektrofizjologicznych po raz pierwszy udało się w momencie "dziania się" zademonstrować, jak błyskawicznie nasz mózg reaguje na sygnały kojarzone z przeszłymi pomyłkami. W eksperymencie zespołu profesora Andy'ego Willsa grupa wolontariuszy wykonywała zadanie na komputerze. Wymagało ono przewidywania w oparciu o dostępne informacje. Bazę danych uzupełniano następnie kolejnymi danymi, w świetle których wiele z przewidywań badanych było niewłaściwych. By uniknąć popełnienia znów tych samych błędów, ochotnicy musieli się więc czegoś w tym momencie nauczyć. Aktywność ich mózgu była monitorowana dzięki przyczepionym do głowy 58 elektrodom. Niemal natychmiast po zadziałaniu bodźca wzrokowego kojarzonego z błędem rozświetlała się dolna kora skroniowa. To ciekawe odkrycie, gdyż niemal wszystkie wcześniejsze studia związane z uczeniem się na pomyłkach koncentrowały się na płatach czołowych. Dolna kora wzrokowa pomaga we wzrokowym rozpoznawaniu obiektów, podczas gdy płaty czołowe odpowiadają m.in. za planowanie, analizę oraz świadome podejmowanie decyzji. To złożone procesy, a mechanizm wczesnego ostrzegania działa w okamgnieniu, zanim zdążymy cokolwiek rozważyć.