Intri într-o cameră și vezi un obiect lung și subțire așezat pe o masă. Este un stilou de care aveți nevoie pentru o întâlnire? Sau un termometru pe care l-ai uitat după ce ți-ai verificat febra? Obiectul nu s-a schimbat. Dar, în funcție de motivul pentru care ați intrat, vederea dumneavoastră - ghidată de creier - îl poate clasifica cu totul diferit, scrie earth.com.
Această schimbare subtilă a semnificației, care este legată de context și intenție, a intrigat mult timp oamenii de știință. În mod tradițional, credința era simplă: ochii colectează date, iar creierul le procesează precum un computer.
Se credea că primele zone vizuale transmit detalii brute - formă, culoare, mișcare - către centrele cerebrale superioare, care apoi iau decizii.
Dar un nou studiu, publicat în Nature Communications, oferă o actualizare uimitoare a acestei viziuni.
Condusă de profesorul Nuttida Rungratsameetaweemana de la Columbia Engineering, cercetarea arată că însuși cortexul vizual ajută la luarea unei decizii cu privire la ceea ce este ceva. Și face acest lucru prin reinterpretarea aceleiași imagini, în funcție de ceea ce încercați să faceți.
Un sistem vizual care gândește în avans
Această lucrare pune la îndoială ideea că cortexul vizual ar fi un dispozitiv de înregistrare pasiv. În schimb, acesta pare să funcționeze mai degrabă ca un participant activ la interpretare. Înainte chiar să fiți conștienți de ceea ce vedeți, sistemul vizual începe să modeleze acea imagine pe baza obiectivului dumneavoastră actual.
„Descoperirile noastre contestă viziunea tradițională conform căreia zonele senzoriale timpurii din creier doar „privesc” sau „înregistrează” datele vizuale. De fapt, sistemul vizual al creierului uman remodelează în mod activ modul în care reprezintă exact același obiect în funcție de ceea ce încercați să faceți”, a remarcat profesorul Rungratsameetaweemana.
Aceasta înseamnă că vederea nu se rezumă doar la lumina care lovește retina. Este vorba despre un scop. Regiunile senzoriale timpurii ale creierului sunt adaptate la sarcinile tale și își ajustează procesarea în timp real. Nu vedeți doar o formă - vedeți o semnificație atașată acesteia.
Creierul modelează vederea pentru a se potrivi sarcinii
Pentru a testa acest lucru, echipa de cercetare a conceput un experiment inteligent. Ei au creat forme abstracte care variau de-a lungul a două dimensiuni. În timpul scanării fMRI, participanții au trebuit să sorteze aceste forme în categorii. Dar iată care este răsturnarea de situație: regulile se tot schimbau.
Uneori, granița categoriei era liniară și directă. Alteori, aceasta se curba în moduri complexe în spațiul vizual. Aceeași formă putea aparține unui grup într-o sarcină și unui grup complet diferit în alta. Participanții au trebuit să se adapteze rapid.
Acest mediu de reguli schimbătoare le-a permis cercetătorilor să urmărească modul în care creierul reacționa atunci când aceeași informație vizuală trebuia interpretată diferit.
Experții au constatat că zonele vizuale timpurii din creier - precum V1 și V2 - și-au ajustat activitatea în funcție de regula activă, chiar dacă formele în sine nu s-au schimbat.
Creierul își ascute vederea pentru alegerile dificile
Cele mai spectaculoase modificări ale activității cortexului vizual au avut loc atunci când formele se aflau în apropierea unei limite de categorie.
Acestea au fost cele mai dificile decizii - când formele păreau ambigue și puteau aparține cu ușurință mai multor grupuri. În acele momente, creierul și-a ascuțit distincțiile.
Precizia clasificatorului, o măsură de învățare automată utilizată în studiu, a fost cea mai ridicată în zonele vizuale timpurii pentru formele aflate în apropierea limitelor de decizie.
Această acuratețe s-a aliniat cu performanța sarcinii. Atunci când modelele creierului erau mai clare, participanții aveau mai multe șanse să aleagă corect.
Pe scurt, sistemul vizual nu doar observa. Ajuta la rezolvarea problemei.
Nu toate sarcinile sunt create la fel
Studiul a folosit trei tipuri de sarcini: Linear-1, Linear-2 și Nonlinear. Participanților li s-a părut cea mai dificilă sarcină neliniară, atât în ceea ce privește viteza, cât și precizia. Această diferență s-a regăsit și în creier.
Pentru sarcinile Linear-2, reprezentările din cortexul vizual erau mai distinctive și aliniate cu limita categoriei active. Acest lucru a fost evident în special în studiile în care formele erau greu de clasificat. Aceasta sugerează că creierul prioritizează claritatea acolo unde este cel mai necesar.
„Am văzut că creierul răspunde diferit în funcție de categoriile în care participanții noștri clasificau formele”, a remarcat profesorul Rungratsameetaweemana.
Creierul se adaptează în funcție de sarcină
Echipa crede că atenția bazată pe caracteristici poate explica aceste efecte. Aceasta este capacitatea creierului de a îmbunătăți procesarea anumitor caracteristici - cum ar fi marginile, curbura sau simetria - în funcție de ceea ce este relevant în prezent.
În acest studiu, este posibil ca atenția să fi fost alocată în mod dinamic combinațiilor de caracteristici necesare pentru fiecare regulă specifică. Acest lucru a permis zonelor vizuale timpurii să ajusteze modul în care reprezintă fiecare formă, făcând procesul decizional mai eficient și mai receptiv.
Acest tip de atenție nu a fost stimulat în mod explicit. Participanților nu li s-a spus la ce caracteristici să se uite. În schimb, ei au învățat să își schimbe concentrarea mentală în funcție de sarcina pe care o aveau de îndeplinit. Creierele lor s-au adaptat discret, dar puternic.
Implicații pentru inteligența artificială și sănătatea mintală
Capacitatea de a se adapta la noi obiective este o piatră de temelie a inteligenței umane. Cu toate acestea, chiar și sistemele avansate de inteligență artificială se luptă cu acest tip de reclasificare flexibilă. Majoritatea tratează percepția și procesul decizional ca etape separate.
Acest studiu arată că percepția în sine este fluidă. Aceasta se adaptează la sarcină, permițând tranziții fără întreruperi între reguli, chiar și atunci când datele de intrare rămân constante. Această perspectivă ar putea inspira noi modele de sisteme AI care trebuie să funcționeze în medii imprevizibile.
De asemenea, ne-ar putea ajuta să înțelegem tulburările cognitive în care flexibilitatea nu funcționează. Afecțiuni precum ADHD sau autismul implică adesea dificultăți în schimbarea seturilor mentale. Dacă zonele senzoriale ale creierului implicate în vedere contribuie la aceste schimbări, tratamentele viitoare le-ar putea viza pentru a îmbunătăți adaptabilitatea.
„Cogniția flexibilă este un semn distinctiv al cogniției umane și chiar și sistemele AI de ultimă generație încă se luptă în prezent cu performanța sarcinilor flexibile. Este, de asemenea, o reamintire a cât de remarcabile și eficiente sunt creierele noastre, chiar și în primele etape ale procesării”, a declarat profesorul Rungratsameetaweemana.
Neuronii individuali gestionează schimbarea obiectivelor
Ce se întâmplă sub suprafața acestor ajustări vizuale? În următoarea etapă, echipa va înregistra de la neuronii din interiorul craniului pentru a înțelege cum răspund celulele individuale la schimbarea obiectivelor. Ei doresc să descopere cablajul care susține aceste schimbări rapide de sens.
De asemenea, ei speră să aplice ceea ce descoperă la sistemele artificiale. Modelele actuale eșuează adesea atunci când obiectivele sarcinii se schimbă la jumătatea drumului. Dar creierul uman gestionează fără probleme astfel de tranziții. Imitând această flexibilitate biologică, inteligența artificială ar putea deveni mai adaptabilă și mai utilă.
„Sperăm că ceea ce învățăm de la creierul uman ne poate ajuta să concepem modele care se adaptează mai fluid, nu doar la noi intrări, ci și la noi contexte”, a declarat profesorul Rungratsameetaweemana.
Redefinirea rolului vederii
S-ar putea să nu mai fie adevărat să spunem că a vedea înseamnă a crede. Această cercetare transformă modul în care înțelegem creierul și relația sa cu vederea noastră. Ochiul poate fi punctul de intrare, dar interpretarea începe aproape imediat, cu mult înainte de gândirea conștientă.
Se pare că a vedea nu înseamnă doar a aduna informații. Este vorba despre alinierea percepției cu scopul.
Atunci când intrați într-o cameră și aruncați o privire la obiectul de pe masă, creierul dumneavoastră decide deja ce înseamnă acesta în funcție de motivul pentru care vă aflați acolo. Stiloul și termometrul au aceeași formă, dar nu sunt același lucru.
Datorită acestui studiu, știm acum că sistemul vizual al creierului vă ajută să alegeți, să vă adaptați și să acționați - chiar înainte să vă dați seama la ce vă uitați.
Studiul este publicat în revista Nature Communications.