Vad gör din hjärna in i vad det tycker du ser?

Vad gör din hjärna in i vad det tycker du ser?

Tänk dig att gå längs i den afrikanska savannen. Plötsligt märker du att en rörlig buske delvis döljer ett stort gult objekt. Från den här begränsade informationen måste du ta reda på om du är i fara och bestämma hur du ska reagera. Är det en hög med torrt gräs? Eller en hungrig lejon?

I sådana situationer måste våra hjärnor använda komplex och osäker visuell information för att fatta dela andra beslut. Avledningarna och de efterföljande besluten vi fattar baserat på vad vi ser kan vara skillnaden mellan att reagera på ett hot och bli en lejon nästa måltid.

Traditionellt har neurovetenskapare tänkt på visuell informationsbehandling som en kedja av händelser som händer en efter en, filtrerar insignalen (från ögonen) som förändras över tid och rum. Men nyligen har vi börjat tänka på processen så mycket mer dynamisk och interaktiv. Eftersom det visuella systemet försöker lösa osäkerhet i den sensoriska informationen som den tar emot, använder den både förkunskaper och aktuella bevis för att göra informerade gissningar om vad som händer.

Visuellt system: mycket mer än ögonen

Ögonen är förstås avgörande för hur vi ser vad som händer runt oss. Men huvuddelen av det intensivt studerade mänskliga visuella systemet ligger i hjärnan.

Retinas på baksidan av dina ögon innehåller fotoreceptorer som känner och svarar på ljus i miljön. Dessa fotoreceptorer aktiverar i sin tur neuroner som överför information till hjärnans visuella cortex, som ligger bakom huvudet. Den visuella cortex behandlar sedan de råa data så att vi kan fatta beslut om hur man svarar och beter sig på lämpligt sätt baserat på den ursprungliga inmatningen till ögonen.

Den visuella cortexen är organiserad i en anatomisk och funktionell hierarki. Varje fas skiljer sig från varandra, både när det gäller dess mikroskopiska anatomi och dess funktionella roll och fysiologi, det vill säga hur neuronerna svarar på olika stimuli.

Traditionellt trodde forskare att denna hierarki filtrerade informationen i följd, steg för steg, från botten till toppen. De trodde att varje behandlingsnivå för den visuella hjärnan passerar uppåt en mer förfinad form av den visuella signalen som den mottog från de lägre nivåerna. Till exempel i ett skede av hierarkin extraheras kontrastkanter från scenen för att bilda gränser för former och föremål senare.


Få det senaste från InnerSelf


Det ursprungliga tänkandet hävdade att i slutet skulle de högsta nivåerna av den visuella cortex innehålla i sin mönster av neuronaktivitet en meningsfull representation av den värld som vi då kunde agera på. Men flera senare utvecklingar inom neurovetenskap har vridit denna syn på huvudet.

Världen - och därmed den visuella miljön - är mycket osäker från ögonblick till ögonblick. Dessutom vet vi från många studier att den visuella hjärnans kapacitet är slående begränsad. Hjärnan är beroende av processer som visuell uppmärksamhet och visuellt minne för att hjälpa den att utnyttja dessa begränsade resurser effektivt.

Så hur exakt navigerar hjärnan effektivt i en mycket osäker miljö med en begränsad mängd information? Svaret är att det spelar oddsen och spelarna.

Tar en chans på bästa guesstimates

Hjärnan behöver använda begränsade insatser av tvetydig och variabel information för att göra en informerad gissning om vad som händer i sin omgivning. Om dessa gissningar är korrekta kan de ligga till grund för goda beslut.

För att göra detta spelar hjärnan huvudsakligen på delmängden av information som den har. Baserat på en liten del av sensorisk information satsar det på vad världen säger för att få den bästa utbetalningen beteende.

Tänk på exemplet på den rörliga busken i savannen. Du ser ett suddigt, stort gult föremål som döljs av busken. Skulle detta objekt orsaka att busken flyttade? Vad är den gula blob? Är det ett hot?

Dessa frågor är relevanta för vad vi väljer att göra när det gäller vårt beteende. Att använda den begränsade visuella informationen (rörlig buske, stort gult objekt) på ett effektivt sätt är beteende viktigt. Om vi ​​konstaterar att det gula föremålet verkligen är ett lejon eller någon annan rovdjur, kan vi besluta att flytta snabbt i motsatt riktning.

Inferens kan definieras som en slutsats baserad på både bevis och resonemang. I det här fallet är inferensen (det är ett lejon) baserat på både bevis (stort gult objekt, rörlig buske) och resonemang (lejon är stora och närvarande i savannen). Neuroscientists tänker på probabilistisk inferens som en beräkning involverar kombinationen av tidigare information och aktuella bevis.

Tvåvägs hjärnans anslutningar

Neuroanatomiska och neurofysiologiska bevis under de senaste två decennierna har visat att hierarkin i visuell cortex innehåller ett stort antal anslutningar går från lägre till högre och högre till lägre på varje nivå. I stället för att informationen går igenom en inverterad tratt, blir raffinerad när den går högre och högre, verkar det som det visuella systemet är mer en interaktiv hierarki. Det verkar tydligen att lösa den osäkerhet som är inneboende i världen genom en ständig återkoppling och frammatningscykel. Detta tillåter kombination av botten upp nuvarande bevis och top-down tidigare information på alla nivåer i hierarkin.

De anatomiska och fysiologiska bevis som indikerar en mer sammanlänken synlig hjärna kompletteras snyggt med beteendexperiment. På en rad visuella uppgifter - identifiera objekt, söker efter ett visst objekt bland irrelevanta objekt och komma ihåg kort presenterad visuell information - Människor utförs i linje med förväntningar som genereras av reglerna för probabilistisk inferens. Våra beteendeförutsägelser baserade på ett antagande om att probabilistisk inferens ligger till grund för dessa förmågor stämmer fint med de faktiska experimentella data.

Informerade gissningar, minimering av fel

Neuroscientists har föreslagit att hjärnan har utvecklats genom naturlig urval för att aktivt minska skillnaden mellan ögonblick och ögonblick mellan vad som uppfattas och vad som förväntas. Minimering av denna diskrepans involverar nödvändigtvis att man använder probabalistisk inferens för att förutsäga aspekter av inkommande information baserad på förkunskaper i världen. Neuroscientists har namngett denna process prediktiv kodning.

Många av de data som har stödt det prediktiva kodningsförfarandet har kommit genom att studera det visuella systemet. Men nu är forskare börjar att generalisera idén och tillämpa den på andra aspekter av informationsbehandling i hjärnan. Detta tillvägagångssätt har resulterat i många potentiella framtida riktningar för modern neurovetenskap, inklusive förståelse av förhållandet mellan lågnivårespons av enskilda neuroner och neuronal dynamik på högre nivå (såsom gruppaktiviteten registrerad i ett elektroensfalogram eller EEG).

Medan idén om att uppfattningen är en process av inferens är inte nytt, modern neurovetenskap har återupplivat det de senaste åren - och det har förändrats fältet dramatiskt. Vidare lovar tillvägagångssättet att öka vår förståelse för informationsbehandling, inte bara för visuell information, men för alla former av sensorisk information samt processer på högre nivå, såsom beslutsfattande, minne och medveten tanke.

Om författaren

Alex Burmester, forskningsassistent i perception och minne, New York University

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

{amazonWS: searchindex = Böcker; sökord = visuella perceptioner; maxresultat = 3}