Математики и нейробиологи создали первую анатомически точную модель, объясняющую, как устроено зрение
Великая загадка человеческого зрения состоит в следующем: мы воспринимаем насыщенное изображение окружающего нас мира, при том, что зрительная система нашего мозга получает крайне мало информации о нём. Большую часть того, что мы «видим», на самом деле мы представляем в своей голове.
«Многое из того, что, как вам кажется, вы видите, вы на самом деле придумываете, — сказала Лай-Санг Янг, математик из Нью-Йоркского университета. – Реально вы их не видите».
Однако мозг, судя по всему, неплохо справляется с задачей изобретения зрительного мира, поскольку мы обычно не сталкиваемся с дверями. К сожалению, изучение одной лишь анатомии не показывает нам, как именно мозг создаёт эти изображения – не более, чем пристальное разглядывание двигателя автомобиля позволит вам раскрыть законы термодинамики.
Новое исследование говорит о том, что ключ к пониманию лежит в математике. В последние несколько лет Янг работала в неожиданном партнёрстве с коллегами из университета Робертом Шэпли, нейробиологом, и Логан Чарикер, математиком. Они создавали единую математическую модель, объединяющую результаты многолетних биологических экспериментов, и объясняющую, как мозг выдаёт сложные визуальные репродукции мира на основе скудной зрительной информации.
«Задача теоретика, как я её вижу, состоит в том, что мы берём различные факты и сводим их в непротиворечивую картинку, — сказала Янг. – Экспериментаторы не скажут вам, как что-то работает».
Янг с коллегами строили модель, включая в неё по одному базовому элементу зрения за раз. Они объяснили, как взаимодействуют нейроны зрительной коры, распознавая объекты и изменения контраста, а теперь они работают над объяснением того, как мозг воспринимает направление, в котором движутся объекты.
Их работа единственная в своём роде. Предыдущие попытки моделировать человеческое зрение выдавали желаемое за действительное, описывая архитектуру зрительной коры. Работа Янг, Шепли и Чарикер признаёт сложную, неинтуитивную биологию зрительной коры, и пытается объяснить, каким образом всё-таки возникает феномен зрения.
«Думаю, их модель улучшает те результаты, которые реально основаны на настоящей анатомии мозга. Им нужна биологически корректная или допустимая модель», — сказала Алессандра Анжелуччи, нейробиолог из университета в Юте.
Слой за слоем
В некоторых связанных со зрением вопросах мы уверены.
Глаз работает как линза. Он принимает свет из внешнего мира и проецирует копию наблюдаемого поля зрения в мелком масштабе на сетчатку, находящуюся на задней поверхности глаза. Сетчатка соединяется со зрительной корой, частью мозга, расположенной в задней части головы.
Однако связь между сетчаткой и зрительной корой очень слабая. На каждый участок поля зрения размером примерно с четверть площади полной луны в небе приходится порядка 10 нервных клеток, связывающих сетчатку и зрительную кору. Они составляют латеральное коленчатое тело, ЛКТ, единственный путь, по которому зрительная информация проходит из внешнего мира в мозг.
Клеток ЛКТ не просто мало – они почти ни на что не способны. Клетки ЛКТ отправляют импульс в зрительную кору, обнаруживая изменение от тьмы к свету, или наоборот, в своей крохотной части зрительного поля. И всё. Подсвеченный мир бомбардирует сетчатку данными, но у мозга для работы есть лишь какие-то жалкие сигналы от крохотной коллекции клеток ЛКТ. Попытка увидеть мир на основе такой скудной информации похожа на попытку воссоздания «Моби Дика» на основе каракуль на салфетке.
«Вы можете представлять, что мозг делает фотографию того, что вы наблюдаете в поле зрения, — сказала Янг. – Однако мозг не делает фотографий, их делает сетчатка, и информация, переданная от сетчатки к зрительной коре, скудна».
А затем начинает работать зрительная кора. Хотя кору и сетчатку соединяют относительно немного нейронов, сама кора представляет собой плотное скопление нервных клеток. На каждые 10 ЛКТ-нейронов, идущих от сетчатки, приходится 4000 нейронов только в первом, «входном слое» зрительной коры – и ещё больше в следующих. Такое расхождение говорит о том, что мозг активно обрабатывает тот небольшой объём зрительных данных, что он получает.
«У зрительной коры есть собственный разум», — сказал Шепли.
Для таких исследователей, как Янг, Шепли и Чарикер, вызов состоит в расшифровке происходящего в этом разуме.
Зрительные петли
Нервная анатомия зрения провокационна. Она похожа на маленького человечка, поднимающего огромный вес, и требует объяснения – как ей удаётся сделать так много, пользуясь столь малым?
Янг, Шепли и Чарикер не первые учёные, пытающиеся найти ответ на этот вопрос с использованием математической модели. Но все предыдущие предполагали, что между сетчаткой и корой передаётся больше информации – такое предположение облегчало бы попытку объяснить реакцию зрительной коры на стимуляцию.
«Люди не принимали всерьёз то, что следовало из биологии в рамках вычислительной модели», — сказал Шепли.
У математиков есть долгая история успеха моделирования переменных явлений, от движущихся бильярдных шаров до эволюции пространства-времени. Это примеры «динамических систем» – эволюционирующих со временем по зафиксированным правилам. Взаимодействия нейронов, активирующихся в мозге, также являются примером динамической системы – пусть и достаточно тонкой, такой, на которую непросто навесить определённый набор правил.
Клетки ЛКТ отправляют коре последовательность электрических импульсов напряжённостью в 1/10 вольта и длительностью в 1 мс, что запускает каскад нейронных взаимодействий. Янг сказала, что правила, управляющие этими взаимодействиями, «бесконечно сложнее» правил, управляющих более знакомыми нам физическими системами.
Лай-Санг Янг и Роберт Шепли
Отдельные нейроны получают сигналы одновременно от сотен других нейронов. Некоторые из этих сигналов поощряют активацию нейронов. Другие подавляют. При получении электрических импульсов от этих возбуждающих и подавляющих нейронов на мембране рассматриваемого нейрона наблюдается флуктуация напряжения. И активируется он только, когда это напряжение («потенциал мембраны») превышает определённый порог. И практически невозможно предсказать, когда это произойдёт.
«Если наблюдать за потенциалом мембраны одного нейрона, то он будет резко скакать вверх и вниз, — сказала Янг. – Совершенно невозможно предсказать, когда именно он активируется».
При этом реальная ситуация ещё более сложная. Помните эти сотни нейронов, соединённые с одним нашим? Каждый из них получает сигналы от сотен других нейронов. Зрительная кора – это мешанина взаимодействующих обратных связей, соединённых с обратными связями.
«Проблема со всем этим в том, что у нас есть слишком много движущихся частей. Это-то и усложняет дело», — сказал Шепли.
В ранних моделях зрительной коры эта особенность игнорировалась. Предполагалось, что информация идёт в одну сторону – от передней части глаза к сетчатке, потом в кору, пока наконец, — вуаля! – на том конце не появится изображение, наподобие гаджета, возникающего на конвейерной ленте. Эти модели «прямого распространения» было легче создавать, однако они игнорировали следствия анатомии коры – из которых следовало, что петли обратной связи играют большую роль в происходящем.
«С петлями обратной связи очень сложно работать, потому что информация всё время возвращается и изменяет состояние, возвращается и влияет на тебя, — сказала Янг. – С этим не имеет дела практически ни одна модель, но такое происходит по всему мозгу».
В своей первоначальной работе 2016 года Янг, Шепли и Чарикер решили попытаться отнестись к этим петлям обратной связи всерьёз. Петли обратной связи их модели привели к появлению чего-то вроде эффекта бабочки: небольшие изменения в сигнале ЛКТ усиливались при прохождении сигнала через одну петлю за другой, в процессе т.н. «рекуррентного возбуждения», что приводило к большим изменениям в визуальной репрезентации, которую модель в итоге формировала.
Янг, Шепли и Чарикер показали, что их модель, богатая обратной связью, смогла воспроизвести ориентацию граней объектов – горизонтальную, вертикальную, и все остальные – на основе небольших изменений в слабых входящих сигналах от ЛКТ.
«Они показали, что можно создавать все ориентации в зрительном мире с использованием лишь небольшого количества нейронов, связанных с другими нейронами», — сказала Анжелуччи.
Но зрение – это гораздо больше, чем просто обнаружение граней, и работа 2016 года стала лишь началом. Следующей трудностью было включить дополнительные элементы зрения в модель, не потеряв тот единственный, с которым они уже разобрались.
«Если модель что-то делает правильно, она должна суметь делать несколько разных вещей, — сказала Янг. – Ваш мозг продолжает оставаться неизменным, однако он способен на разные вещи в разных условиях».
Рой видений
В лабораторных экспериментах исследователи представляли приматам простейшие визуальные стимулы – чёрно-белые узоры, в которых менялся контраст или направление, в котором они появлялись в поле зрения. При помощи электродов, подсоединённых к зрительной коре приматов, исследователи отслеживали нервные импульсы, зарождающиеся в ответ на стимулы. Хорошая модель должна воспроизводить подобные импульсы в ответ на сходные стимулы.
«Нам известно, что если мы покажем примату данную картинку, то он отреагирует так-то, — сказала Янг. – На основе этой информации мы пытаемся проанализировать, что происходит у него внутри».
В 2018 году трое исследователей опубликовали вторую работу, в которой показали, что та же модель, что способна распознавать грани, может также воспроизводить общую картину активности импульсов коры, известную, как гамма-ритм (она похожа на последовательно зажигающий свои фонарики рой светлячков).
Сейчас специалисты изучают их третью работу, где объясняется, как зрительная кора воспринимает изменения контраста. В объяснении упоминается механизм, при помощи которого возбуждающие нейроны усиливают активность друг друга, что-то вроде роста возбуждения толпы на танцах. Такого рода процессы необходимы для того, чтобы зрительная кора могла создавать полноценные изображения на основе скудных входных данных.
Пока что Янг, Шепли и Чарикер работают над добавлением в модель чувствительности к направлению – что объяснит, как зрительная кора воссоздаёт направление движения объектов по полю зрения. После этого они примутся за объяснение того, как зрительная кора распознаёт временные последовательности в визуальных стимулах. К примеру, они хотят разобраться в том, почему мы воспринимаем вспышки мигающего светофора, но при этом не видим отдельных кадров при просмотре кинофильма.
После этого у них на руках будет простая модель активности, происходящей всего в одном из шести слоёв зрительной коры – в слое, в котором мозг грубо очерчивает базовые контуры зрительного впечатления. Их работа не относится к пяти остальным слоям, где проходит более сложная зрительная обработка. Также там ничего не говорится о том, как зрительная кора распознаёт цвета, что происходит по совершенно другому, более сложному нервному пути.
«Думаю, им ещё многое предстоит сделать, но я не отрицаю, что они постарались на славу, — сказала Анжелуччи. – Это сложная работа и она требует времени».
Хотя их модели ещё далеко до раскрытия всей тайны зрения, это шаг в верном направлении – это первая модель, пытающаяся расшифровать зрение биологически правдоподобным способом.
«Люди изображали деятельность в этом направлении уже очень давно, — сказал Джонатан Виктор, нейробиолог из Корнельского университета. – То, что эти учёные смогли продемонстрировать это на примере своей модели, соответствующей биологии – это настоящий триумф».
Комментарии (74)
glioma
02.09.2019 12:03Там на самом деле всё ещё куда сложнее, в ЛКТ существует собственная сеть, плюс связи с гиппокампом и стволом мозга, потому часть информации в зрительную кору идёт через другие отделы мозга.
kapas19
02.09.2019 13:30Кто-нибудь может прокомментировать сами статьи (работы Chariker L., Shapley R., Young L.-S.)?
Anc
02.09.2019 14:18гамма-ритм в коре следствие синхронизации нейронов через тормозящие и обратные связи.
нейроны коры если посчитали что что-то увидели подталкивают нижние по иерархии нейроны ЛКТ прислать ту же картинкуkapas19
02.09.2019 16:36Т.е. существуют афференты из коры в ЛКТ? Это то что описывается моделью B из той статьи, что вы в свое время переводили (https://habr.com/ru/post/439912/)?
Anc
02.09.2019 18:5070% внешних связей ЛКТ — входящие (считается обратной связью) от коры головного мозга
у мну даже есть крейзи предположение, что ЛКТ как часть среднего мозга может видеть только движения (как жабы), а неокортекс достраивает все остальное, и видим мы именно ЛКТkapas19
03.09.2019 06:55Спасибо. Пропустил ваше предыдущее сообщение. :-( А что скажете по поводу главы 3 Радченко А.Н. «Ассоциативная память. Нейронные сети. Оптимизация нейропроцессоров»?
Anc
03.09.2019 13:00как и везде мало пишут про неизвестное и отброшенное, так как считают не важным ))
— Радченко добавляет тормозные связи в логику вычислений (на мой взгляд они приводят к общему ритму с ритмами в неокортексе, как следствие временной задержки на срабатывание тормозного нейрона)
— из-за этого Радченко считает, что идет фильтрация для выделения важных признаков, я считаю что идет синхронизация, так как рецептивные поля нейронов ЛКТ такого же типа (ОН- ОФФ- как и на выходе сетчатки) + внутрислойное конкурентное взаимодействие соседей
leshabirukov
03.09.2019 10:48+1Вряд ли. Консервативно — ЛКТ коммутатор зрительной информации, как и прочие коммутаторы таламуса он связан с активацией и вниманием. Восходящие пути от коры передают мнение коры о том, что достойно внимания. Например, в кустах что-то шевелится, глазодвигательный центр получает сигнал (в обход коры, ибо важна скорость) и поворачивает туда глаз. Смотрим — крыса. С этого момента кора будет говорить ЛКТ давить сигнал движения от данной области зрительного поля.
VDG
03.09.2019 01:12общую картину активности импульсов коры, известную, как гамма-ритм (она похожа на последовательно зажигающий свои фонарики рой светлячков)
А можете прокомментировать эту аналогию со светлячками из статьи?
Это присоединение новой активности к текущей, или это полная смена паттерна активности?
leshabirukov
02.09.2019 16:43+3На каждый участок поля зрения размером примерно с четверть площади полной луны в небе приходится порядка 10 нервных клеток, связывающих сетчатку и зрительную кору.
Будь это так, мы бы читать не могли.
Их работа единственная в своём роде. Предыдущие попытки моделировать человеческое зрение выдавали желаемое за действительное, описывая архитектуру зрительной коры.
Булшит.
Интересующимся предметом рекомендую нестареющую классику — «Глаз, Мозг, Зрение» Д. ХьюбелаLevsha128
02.09.2019 21:03Залогинился что бы посоветовать эту книгу, действительно стоящее введение в зрение человека.
VDG
03.09.2019 01:30+1Будь это так, мы бы читать не могли.
Проекция буквы размером 1,5 мм на сетчатке с расстояния 35 см от глаз. Но мы читаем.
leshabirukov
03.09.2019 10:33Да, четверть размера луны, и рецепторов здесь явно больше чем десять.
midday
03.09.2019 11:06«Нервных клеток, соединяющих сетчатку...». Т.е. не рецепторов, а соединений рецепторов со зрительной корой видимо. Наверно, подчеркиваю, наверно это значит, что несколько рецепторов соединены с одной клеткой.
leshabirukov
03.09.2019 11:30Для периферического зрения так и есть, для зрительной ямки — нет, там у каждой колбочки свой нерв:
… the acuity of foveal vision is limited only by the density of the cone mosaic ...
Исходное заявление «приходится порядка 10 нервных клеток» возможно верно в среднем по всему зрительному полю, но в формулировке «На каждый участок...» неприемлемо.
iShrimp
02.09.2019 20:23Как известно, глаз отличается от фотоаппарата тем, что высоким разрешением обладает лишь маленький участок его поля зрения радиусом порядка полградуса, и это позволяет сильно сэкономить на количестве передаваемых данных. (Для масштаба, 1 градус — это объект размером 5,2 мм на расстоянии 300 мм от глаз, размер его изображения на сетчатке около 0,4 мм, а минимальный различимый элемент изображения имеет размер порядка 40 угловых секунд.)
Но интересно даже не это, а то, каким образом зрительный анализатор одинаково воспринимает одну и ту же картинку в разных частях поля зрения, если сигнал проходит при этом через разные нейроны.
В мозге нет свёрточных нейронных сетей. Нельзя просто так взять и переключить группу нейронов зрительной коры, чтобы они обрабатывали сигнал, возникший, к примеру, не слева, а справа от точки фиксации.
Возьмём любой стимул, пусть это будет буква… буква Б. Посмотрим прямо на неё, потом чуть левее, чуть правее, выше, ниже. Каким участком поля зрения её ни разглядывай, по-прежнему это будет Б. Как это мозг так делает?Dimsml
02.09.2019 22:02Возьмём любой стимул, пусть это будет буква… буква Б. Посмотрим прямо на неё, потом чуть левее, чуть правее, выше, ниже. Каким участком поля зрения её ни разглядывай, по-прежнему это будет Б. Как это мозг так делает?
К сожалению, это так не работает, вы смотрите на букву Б центральным полем зрения, у которого высокая разрешающая способность. Если центральное поле зрения будет повреждено, то вы вряд ли сможете прочитать тот же текст.
Если интересно, почитайте про возрастную макулярную дегенерацию, есть картинки, которые примерно показывают что при ней бывает, заболевание весьма серьёзное и техника тут не особо помогает.iShrimp
03.09.2019 21:19Да, существует множество видов патологии макулы с разными формами нарушения центрального зрения. Но речь немного не о том. Если взять небольшой центральный участок сетчатки, к примеру, в пределах перифовеа, с достаточно высокой остротой зрения (допустим, не менее 0,4) и спроецировать одно и то же изображение в разные его места, то восприниматься оно будет одинаково. См. далее.
lain8dono
03.09.2019 00:22Как это мозг так делает?
Скорее всего примерно вот так
Всмысле мы храним детализированные кусочки с привязкой к менее детализированным кусочкам. Если надо повысить детализацию, то можно быстренько глянуть (сакрады). Помимо этого в некоторых случаях вообще дорисовываем то, чего на самом деле не видим, но помним.
Carburn
03.09.2019 14:56С чего взял, что нет?
СНС — это действительно прототип зрительной коры мозга
iShrimp
03.09.2019 21:22Если представить себе афферентный зрительный путь человека как обычную многослойную нейронную сеть (я пока не беру в рассмотрение такие вещи, как временные ритмы, латеральное торможение, обратные связи и др.), в которой сигнал распространяется послойно от входов к выходам, то очевидно, что один и тот же зрительный стимул, спроецированный на разные области сетчатки, возбуждает разные группы нейронов в каждом слое. Вообще, для нейронной сети это будут разные входные данные.
Как известно, первичная обработка изображения происходит уже в сетчатке (имеются три типа ганглиозных клеток, реагирующие на световой on-off, контрастный и синий стимулы). В латеральном коленчатом теле таламуса выделяют 6 слоёв клеток, в каждом слое имеются нейроны, которые в своём перцептивном поле распознают определённые специфические стимулы, например, грани, движение и т.д. Но у меня вызывает удивление, каким образом данная нейронная сеть, структура которой практически полностью сформирована к моменту рождения, обучается различать предмет не по локализации, а по форме.
Конечно, в процессе обучения постоянно возникают и исчезают миллионы синапсов. Но при этом все нейроны жёстко «привязаны» к своим местам, они не могут перемещаться и «сканировать» изображение, для того чтобы найти в нём какую-то деталь. Вместо этого существует некий непостижимый, но мощный и эффективный механизм параллельного обучения кучи нейронов одному элементу изображения.Carburn
03.09.2019 23:37Я же написал, что зрительная кора это свёрточная нейронная сеть. В ней есть свёрточный слой, никакие нейроны не надо перемещать физически.
VDG
04.09.2019 00:28Понятно же человек расписал, что ядро свёртки некому двигать.
leshabirukov
04.09.2019 10:42… ядро свёртки некому двигать.
Есть кому! Сам мир двигается вокруг нас, мозгу остаётся выучить что паттерны 1, 2, 3 следуют вместе, а 4 — нет. В смысле, и впрямь, у каждого кусочка поля зрения своё ядро, свой набор весов, который надо формировать независимо, но в процессе обучения они могут синхронизироваться по ответам от нижележащих слоёв.iShrimp
04.09.2019 19:06Я пока склоняюсь к версии, что нейронная сеть зрительного анализатора попросту обладает достаточно большим запасом времени на обучение, чтобы «запомнить» образ во всех возможных его положениях. Когда ребёнок учится читать по буквам, вначале он фиксирует взгляд по центру каждой буквы, запоминая её форму, а потом с помощью постоянных многократных саккад (мелких движений глаз) постепенно вырабатывает способность воспринимать те же самые буквы, расположенные эксцентрично — этот навык при дальнейшем обучении даёт возможность охватывать одним взглядом слог или целое слово. Для обучения НС существуют разнообразные нейромедиаторы, выполняющие функции поощрения, наказания и ряд других, и, по-видимому, в мозге по умолчанию включён режим «слабого поощрения», чтобы вся проходящая через нейроны информация «укрепляла» существующие между ними синапсы. Обратные связи между корой и ЛКТ, вероятно, нужны для того, чтобы подсказывать нейронам ЛКТ, что изображение, двигающееся по сетчатке, следует понимать одинаково, независимо от того, где оно расположено, для того чтобы «подключить» множество нейронов предыдущего слоя к одному нейрону следующего слоя. Это можно считать аналогом пулинга в свёрточных нейронных сетях, где на каждом слое уменьшается разрешение картинки и увеличивается сложность выделяемых деталей. Только в отличие от искусственных CNN, где одним ядром сканируется всё изображение, здесь одной «фиче» более-менее равномерно обучается весь слой.
leshabirukov
05.09.2019 15:09Обратные связи между корой и ЛКТ, вероятно, нужны для того, чтобы подсказывать нейронам ЛКТ, что изображение, двигающееся по сетчатке, следует понимать одинаково, независимо от того, где оно расположено, для того чтобы «подключить» множество нейронов предыдущего слоя к одному нейрону следующего слоя.
Почему вы не хотите отдать эту функцию коре? И если уж привлекать нижележащие структуры, то скорее четверохолмие из среднего мозга, там возможно живёт маппирование из сетчатки в окружающее тело пространство.
michael_vostrikov
04.09.2019 08:00Я думаю так. Инвариантность к повороту задается производной по наклону линии (расстояние между активными нейронами наклона в двух соседних миниколонках). Инвариантность к сдвигу задается в том числе за счет большого количества одинаковых элементов в разных точках (тех же нейронов наклона), но это просто переносит определение инвариантности на следующий уровень. Напрашивается производная по положению, то есть длина, длина тех групп, где не меняется наклон. Но на каком-то уровне все равно должна быть сканирующая волна, которая переводит всю имеющуюся информацию о длинах и углах в наличие известных объектов.
undefinedhash
02.09.2019 21:41Еще как дорисовывает:
1) «сырный» трафарет (картонка с дырками) на схематичном многоугольнике не мешает «увидеть» многоугольник
2) мазки на картине становятся людьми, стоит отойти подальше
3) минимальные повреждения архитектуры коры вызывают сложные и «реалистичные» галлюцинации (дегенеративные или врожденные мигреозные)
4) движение действительно можно потерять если словить инсульт (иным способом повредить часть виз коры) — мы «отрубаем» предсказыающий движение «модуль»
5) зрение нихрена не полноценно: возьмите смартфон и гляньте на него, а потом положите и снова возьмите, но уже не смотря ощупайте — это иное восприятие одной реальности. Есть кейс, когда человек не знал что потерял цветное зрение ввиду травмы — его психике было достаточно и такой ограниченной «реальности»Dimsml
02.09.2019 22:30Есть такие повреждения мозга, при которых человек видит предметы, но не осознаёт что они есть, причём эффекты распространяются дальше, чем может показаться. Например, человек видит предметы, расположенные слева, но совершенно не осознаёт этого. Если попросить такого человека нарисовать что-нибудь симметричное, то например левая часть предмета останется ненарисованной или переедет вправо.
ru.wikipedia.org/wiki/Одностороннее_пространственное_игнорирование
Я не специалист в работе мозга и глаз, но мне кажется что есть некоторые параллели с афазиями — нарушениями речи вследствие травм мозга. Причём повреждения совершенно разных отделов вызывают разные по эффекту нарушения речи. При повреждении одного участка у пострадавшего наблюдаются проблемы с грамматикой высказываний и он не может следить за канвой повествования. При повреждении другой зоны он не помнит названия предметов, но может рассказать для чего они нужны и как ими пользоваться и т.п.
ru.wikipedia.org/wiki/Афазия
Правда стоит заметить, что зрение это наверное более фундаментальный инструмент нервной деятельности, чем речь, да и уместнее проводить параллели со слухом, а не с речью.
На самом деле, это радостная весть; возможно это ещё один шаг к протезированию зрения минуя сетчатку и зрительный нерв, или к новым подходам лечения самой сетчатки и зрительного нерва.JustDont
03.09.2019 07:47На самом деле, это радостная весть; возможно это ещё один шаг к протезированию зрения минуя сетчатку и зрительный нерв, или к новым подходам лечения самой сетчатки и зрительного нерва.
Тут весь затык в том, что мы пока что не умеем подключиться к мозгу хоть сколько-нибудь приличным образом. Даже в радикально более простых ситуациях, таких как управление конечностями.
Dr_Faksov
03.09.2019 04:40100% процентов дорисовывает. Отсюда совет: если вы увидели нечто ( чертей, НЛО и т.д) — отвернитесь, проморгайтесь и посмотрите еще раз. Мозг ленив, ему в облом постоянно строить картинку, поэтому он сначала подсовывает примерно подходящие готовые образы, хранящиеся в памяти.
rudinandrey
03.09.2019 10:49отсюда и проблемы с мотоциклами на дороге, они быстрые, они редкие, они не встраиваются в общую картину мира большинства водителей. Поэтому их просто бывает не видно. Но об этом говорить можно лишь в таком сообществе, как здесь, которые понимают о чем идет речь. Так как в другим местах тебя за такие слова начинают считать не совсем здоровым.
Dr_Faksov
04.09.2019 06:34Ну так не зря говорят что смотреть и видеть — разные вещи. На особенностях восприятия много чего построено — камуфляж, например. У меня был случай — солнечным днём подходил к стекляной, полностью прозрачной, остановке в парке. Шел и видел что остановка пустая. Подойдя метров на 10, с удивлением обнаружил что на остановке стоят 2 солдата с вещьмешками.
Dr_Faksov
04.09.2019 06:39Я мног раз ловил себя на том, что для меня ярко-красные (алые) машины при ярком солнечном свете очень плохо заметны на дороге.
DjSapsan
03.09.2019 00:30Перевод невозможно читать
kapas19
03.09.2019 06:53В этом «рекламном объявлении» и нечего читать www.quantamagazine.org/a-mathematical-model-unlocks-the-secrets-of-vision-20190821. Из нее только было полезно узнать что есть работы www.jneurosci.org/content/36/49/12368, www.jneurosci.org/content/38/40/8621.
opalex
04.09.2019 02:19+1Дебильная статья, вообще ни о чем. И по крайней мере некоторые утверждения вообще ошибочны. Многие вещи давно известны. Например, обратные связи между глазом и мозгом отмечались больше 100 лет назад еще Сеченовым. Правда, он их назвал по другому, т.к. само понятие обратной связи появилось много позже.
Но самое главное — здесь совершенно игнорируется тот факт, что зрение (и другие органы чувств) есть психический процесс. Он связан с нервными сигналами, основан на них, но является принципиально иным явлением. В отличие от нервных процессов, которые замкнуты на сигналы и их (только) свойства, психические процессы обращены во внешний мир, в окружение субъекта. Если кратко — психика есть модель внешнего мира (построенной на основе сигналов от него). И эта модель включает объекты внешнего мира, их свойства, связи/отношения между объектами и т.д… Правда, это только часть психики — должна быть еще оценка полезности (эмоции) и постановка целей и планирование действий.
Замечу, что самая простейшая психика — ощущения — строит как бы топологическую модель окружения: объекты окружающего пространства представлены «точечно», без развертывания их свойств. Воспринимается только наличие/отсутствие объектов («что-то есть») и/или их траектории в пространстве. И для этой работы даже не нужно мозга. Например, такие известные вам «звери», как мухи, пчелы, муравьи прекрасно ориентируются в пространстве и выполняют свою работу, хотя по большому счету мозг у них отсутствует. Есть только сравнительно небольшие нервные узлы.
И вообще — пытаться объяснить психический процесс типа зрения на основе анализа работы нейронов совершенно безнадежная задача. Тупиковый путь. Это все равно, что пытаться понять работу операционной системы компьютера по сигналам на экране осциллографа.phenik
04.09.2019 04:28Если кратко — психика есть модель внешнего мира
Да, и все больше склоняются к тому, что эта модель, если брать восприятие, строится в предсказательном режиме, обзор на эту тему.opalex
04.09.2019 08:40+1Не согласен с автором обзора, но критика его утверждений выйдет за рамки формата комментариев.
Предсказание — важный момент, но не главный. Я писал о том, что с возникновением психики (в живом мире) появляется новый уровень управления, отличный от классической системы автоматического управления и регулирования, которая основывается на сигналах. И по сигналам, к примеру, можно предсказывать, используя различные статистики. Но психика вносит нечто новое, а именно — знание об окружении. Оно может быть разным по глубине, но уже в простейшем случае (на уровне ощущений) появляется знание о том, что кроме нас есть что-то вокруг, приближается к нам или удаляется, и т.д. Это не так много, но и не требует значительных ресурсов, поэтому реализовалось в природе даже у простых животных. Замечу — без мозга!, т.е. ни о какой интеллектуальной системе и речи быть не может.
Но даже простейшая психика как бы рассеивает туман в ближайшем окружении и это позволяет действовать более эффективно.
Психическое управление — это управление не по сигналу, как в классическом АРУ, а по значению сигнала, его смыслу. Смыслом сигнала здесь является знание об окружающем мире.
Усложнение психики в живом мире от простейших животных к человеку способствовало и углублению знаний о мире. Хотя может быть и наоборот — требование новых знаний способствовало усложнению психики.
И возвращаясь к статье. Следует четко проводить водораздел между нервными и психическими процессами, т.к. это явления разных уровней. У них разные объекты и предметы исследований, действуют разные законы, и поэтому их нельзя смешивать в одну кучу.phenik
04.09.2019 09:59Не совсем понял критики предсказательного режима чувственного восприятия. Он не противоречит тому, что вы написали.
Следует четко проводить водораздел между нервными и психическими процессами, т.к. это явления разных уровней. У них разные объекты и предметы исследований, действуют разные законы, и поэтому их нельзя смешивать в одну кучу.
Недавно давал ответ на похожие аргументы, чтобы не повторяться приведу ссылку на комент. То есть описание ментальных феноменов не сводится к нейродинамике непосредственно, но это никак не противоречит возможности их исследования и понимания с помощью нее.
kapas19
04.09.2019 06:46>> обратные связи между глазом и мозгом отмечались больше 100 лет назад еще Сеченовым
Интересно. Что вы имеете ввиду? Эфференты в сетчатку?
michael_vostrikov
04.09.2019 08:10Воспринимается только наличие/отсутствие объектов («что-то есть») и/или их траектории в пространстве.
Это сейчас и есть основная цель — разобраться как это происходит. Как выделять и отслеживать объекты на уровне естественного интеллекта. Психические аспекты зрения тут ни при чем.
gocareera
04.09.2019 02:19-1Не в первый раз уже читаю аналогичную статью, когда программист переводит статью о мозге западных специалистов. Так и хочется сказать — программисты пишите про программирование. Мозг не ваша область изучения. Подобные статьи только вводят в заблуждение остальных пользователей.
Если писатель начнёт вам своевольно писать о том что такое java, уверен что вы все буду сильно ругаться.
Почему программисты по отношению к другим областям науки относятся как к некой несерьёзной области?
Рекомендация для автора. В следующий раз когда вы будете переводить подобные статьи дайте предварительно статью почитать нейрофизиологу или нейробиологу. Они хотя бы проверят на ошибки и исправят заблуждения.
Вы должны понимать, что человеческий глаз — это сложнейший орган. В коре головного мозга до 9 слоёв в сетчатке глазного яблока до 11. Обработка визуальной информации происходит в глазном яблоке.
Без обид, но программисты прекратите писать бред про головной мозг — это не ваша тема, вы этому не учились, в работе мозга вы не разбираетесь.
phenik
04.09.2019 05:19Так и хочется сказать — программисты пишите про программирование. Мозг не ваша область изучения.
Вы даже формально не правы, это айтишный ресурс, поэтому программисты могут писать здесь обо всем, что их интерисует, и переводить тоже, включая про мозг. И конечно желательно переводить как можно адекватнее, с эти не поспоришь, включая перевод этой статьи. Никто не мешает посмотреть в оригинальную статью, если возник интерес к теме, ссылки приводятся.Без обид, но программисты прекратите писать бред про головной мозг — это не ваша тема, вы этому не учились, в работе мозга вы не разбираетесь.
Ошибаетесь, это тема программирования при разработке систем ИИ, в том числе и подсмотр принципов функционирования мозга, и их использования в разработке нейросетевых подходов к ИИ. Науки о мозге и разработка ИИ взаимно обогащают друг друга, см. этот обзор на эту тему, и пример использования нейросетевого моделирования возникновения чувства численности, как нейрофизиологической проблемы. Отрицать достижения в области разработки систем ИИ во многих областях приложения, в последнее время, довольно бессмысленно.
Сорри, промахнулся веткой, ответ gocareeragocareera
04.09.2019 10:14-1Вы даже формально не правы, это айтишный ресурс, поэтому программисты могут писать здесь обо всем, что их интерисует, и переводить тоже, включая про мозг.
Довольно распространённая позиция. По вашей логике можно допустить следующие утверждения:
— Не пользуйтесь Linux её придумали программисты для себя и как хотят так её программируют, он не предназначена для обычных пользователей.
— Не пользуйтесь Vim это программируемый редактор. Программисты придумали только для себя и делают его таким каким захотят. А рядовому пользователю не стоит им пользоваться.
— Stack Overflow — только для программистов. А лингвисты, химики, биологи, переводчики и специалисты других профессий не имеют право там что-либо писать потому что площадка создана программистами для программистов.
Абсурд! Правда?
Habr перестал быть простой площадкой с ориентацией исключительно для программистов. Даже если этот факт не нравится самим создателем этого ресурса или главным редакторам. Habr площадка с уклоном на технологии, но рассчитана она на самую широкую аудиторию и читатели у неё самые разные, в том числе гуманитарии.
Смысл моего коммента в том, что перед тем как публиковать статьи о мозге, стоит дать её почитать специалисту, который разбирается в работе мозга.
Переводы без знаний работы мозга и других органов могут только навредить сообществу, т.к. с помощью не качественных переводов у пользователей будет возникать неверное представление о работе головного мозга. Это элементарная защита от безграмотности и ложных представлений.
Ошибаетесь, это тема программирования при разработке систем ИИ, в том числе и подсмотр принципов функционирования мозга, и их использования в разработке нейросетевых подходов к ИИ.
Вы возможно удивитесь, но создатели и разработчики ИИ не планируют создать человеческий мозг. Да в американских фильмах, научно-популярных статьях, в журналах и т.п. чаще всего написано таким образом, что учёные разрабатывают ИИ только для того что бы заменить человеку биологический мозг на электронный. Но это заблуждение, потому что это чистая фантастика. Серьёзные учёные говорят лишь о том, что бы научить компьютеры некоторым процессам, которые выполняет мозг. И до сих пор роботы это делаю с большим трудом. Хотя согласен выглядит это иногда впечатляюще. Плюс ещё чисто экономические проблемы.phenik
04.09.2019 11:00Смысл моего коммента в том, что перед тем как публиковать статьи о мозге, стоит дать её почитать специалисту, который разбирается в работе мозга.
Хорошо бы, но где же столько разных спецов набрать, они своими делами занимаются) Это обычно научно-популярные статьи, ссылки на оригинальные работы, как правило, приводятся, кому стало интересно могут изучить. Но повторю, это не умаляет требований к качеству перевода, если статья переводная. Непонятные моменты обычно можно в комментариях прояснить.Вы возможно удивитесь, но создатели и разработчики ИИ не планируют создать человеческий мозг.
Нет не планируют, к чему такие сложности) новые мозги сами появляются, как плод любви)
michael_vostrikov
04.09.2019 11:11+1По вашей логике можно допустить следующие утверждения
Эти утверждения абсолютно противоположны этой логике. Человек не говорил, что надо кому-то запрещать что-то делать. Это как раз вы запрещаете.
Если у вас есть возражения к переводу, пишите их в комментарии. Это для всех будет полезнее, чем фразы вида "не делайте так, мне это не нравится".
aamonster
Интересно.
Специалисты есть? ЛКТ сигнал в обе стороны передаёт? (Просто rsync вспомнился – классический способ обойтись малым объёмом передаваемых данных)
JustDont
Мне тоже кажется, что тут должна быть какая-то «хитрость» — если б от глаз в зрительную кору передавалось бы очень мало информации, то можно было бы ожидать, что мозг мог бы так или иначе игнорировать многие проблемы на стороне собственно глаза (менее серьезные, чем полная слепота). Но вот на практике — нифига подобного. Система связи явно более навороченная, чем простое «передаём довольно мало информации с глаза на кору».
red75prim
Собственно, глаз так и делает — фильтрует всё, что может отфильтровать. Слепое пятно, кровеносные сосуды в сетчатке, смазы изображения при саккадах, повреждения периферических областей сетчатки.
JustDont
Это не глаз фильтрует, а как раз таки мозг.
Всё «собирание картинки» делает мозг, включая компенсацию движения и тому подобные вещи.
Аналогично. Глаз в местах перекрытия попросту ничего не видит.
Аналогично. У нас просто нет «картинки» от периферической сетчатки, её можно колбасить как угодно (офтальмологи этим пользуются) и никто ничего даже и не заметит. На наше периферическое зрение это тоже никак не влияет, потому что для нормального угла зрения в 120-140 мы один фиг используем только центральную область сетчатки, остальное доделывает линза хрусталика.
Нет, я говорил о том, что вот казалось бы если почти всё делает мозг, то от, например, повреждений центральной области сетчатки он тоже мог бы легко отгородиться, а вот нифига: широкую «слепую зону» люди с повреждениями сетчатки ощущают в течении очень длительного времени, равно как и даже довольно мелкую близорукость/дальнозоркость только одного глаза.
yulai-b
К тому же возникает вопрос: зачем необходимо высокое разрешение глаза, если передается только малая часть картинки?
Тут или хитрое шифрование, или избирательная передача от нужных "пикселей", или что-то еще.
Bedal
на такие вопросы ответ прост: так получилось. Эволюция не приводит непременно лучшие решения, а — к пригодным. Если учесть, что появившееся первым решение потребляет ресурсы, из-за чего последующие варианты уже не могут укрепиться — чаще всего эволюция ведёт к первым пригодным решениям.
Это иногда называют «эффектом горбуна» по легенде, где горбун нанялся в женский монастырь садовником. Через какое-то время туда прибыл красавец-принц выбрать себе невесту… но все пригодные монашки уже понесли от горбуна.
После появления признака возможны весьма простые варианты:
— признак ведёт к повышению вероятности существования отдалённого в поколениях потомства. Сохраняется и укрепляется (за счёт снижения доли других вариантов)
— признак ведёт к уменьшению вышеназванной вероятности — исчезает.
— признак не меняет вероятность — и его сохранение случайно. Может исчезнуть уже в следующем поколении, а может и на миллион лет передаваться — не мешает же, а устраняющей мутации не случилось.
— корректности ради надо упомянуть и вариант сцепленного признака, когда наличие признака однозначно связано с наличием другого, сильнее подверженного отбору.
Вернувшись непосредственно к Вашему вопросу — не помешало, вот и сохранилось. Никакой конспирологии «должно обязательно использоваться» тут, вероятно, нет.
andi123
Может саккады?
Sabbone
Да изображение строится по частям возможно, как бы снимок растянутый во времени, поэтому когда поворачиваешь быстро голову или моргаешь, то изображение не сразу появляется ( или это только у меня так )
Lninio
Согласен, плюс сами нейроны сетчатки имеют эффект накопления сигнала. Все видели эффект, если посмотреть на яркую фигуру и перевести взгляд на однородный фон, то фигура некоторое время сохраняется, но "тает" буквально за несколько секунд. Скорее всего этот эффект связан с работой сетчатки, чем с работой коры.
engine9
Мы способны отслеживать в реалтайме даже тени волокон стекловидного тела и сфокусированные эритроцитами пятнышки света на сетчатке. (Если не ошибаюсь еще у Я. Перельмана описан способ их увидеть).
Procyon_lotor
Само по себе это не сложно. Я еще в детстве это заметил. Только я до относительно недавнего времени не встречал объяснений и предполагал, что это пыль, которая попала на зрачок. Надо смотреть на однородный достаточно яркий фон и вроде еще желательно, чтобы по бокам было затемнено. Например смотреть на небо в окно. На волокнах глаз естественно сфокусироваться не может, поэтому видит дифракционную картину от них. Похоже на изображения бактерий невысокого разрешения. Этакие «бусы» из прозрачных кружков. А по характеру движения видно, что они перемещаются в жидкости потому что, когда глаз делает резкое движение они резко перемещаются по направлению движения глаза, а потом медленно дрейфуют. Но я не думаю, что это как-то характеризует возможности глаза. Это же такие же объекты, как и любые другие, на которые смотрит глаз. Только расположение нестандартное. По сути, это даже незначительный дефект.
Dr_Faksov
Ну, проходила информация, что положение движущихся предметов мозг предсказывает…
rudinandrey
и я думаю что в этом что-то есть. Это начинаешь понимать, когда играешь в динамические игры, например тот же CS:GO ты очень сильно начинаешь предсказывать куда пойдет тело, чтобы прицелиться в голову. Или например теннис, ты не видишь мяч, но по его первоначальной траектории предсказываешь, где он окажется через мгновение, чтобы подставить туда ракетку и отбить в том направлении куда хочешь. Тоже самое и при приземлении мяча в поле, ты не видишь, приземлилось оно или нет фактически, если конечно угадаешь с траекторией опять же, и поместишь взгляд на предполагаемую точку, и скорости хватит увидеть, то видно, а так нет.
Anc
70% внешних связей ЛКТ — входящие (считается обратной связью) от коры головного мозга
Gar02
Нет, не в обе. Зрительные петли (обратные связи) находятся в зрительной коре.
aamonster
Комментарием выше написано, если я правильно понимаю, строго противоположное. Кто прав?
VDG
Не противоположное. В ЛКТ заходит от сетчатки и от коры, выходит в кору. А в статье вообще говорится только про обратные связи внутри одного слоя коры.
LeshaVH
быть ученым на грантах хорошо
придумываешь описываешь согласовываешь)
ну а если не правильно — ничего страшного не случилось)
вопрос к этим ребятам простой — когда наконец запустите машинное зрение на основании своей теории?
а то уже эти статичесческие модели графов прямого распространения достигли максимума — и на любое что не видили сразу ошибка в сто процентов)))
Philistine1917
А ещё, глаз движется. Именно движение глаза и создаёт основной поток информации, от контуров до расстояний.