Визуальная обработка - Visual processing

Не путать с обработка изображений.

Визуальная обработка это термин, который используется для обозначения способности мозга использовать и интерпретировать визуальную информацию из окружающего нас мира. Процесс преобразования световой энергии в осмысленное изображение - сложный процесс, которому способствуют многочисленные структуры мозга и когнитивные процессы более высокого уровня. На анатомическом уровне световая энергия сначала попадает в глаз через роговицу, где свет изгибается. Пройдя через роговицу, свет проходит через зрачок, а затем через хрусталик глаза, где он в большей степени изгибается и фокусируется на сетчатке. Сетчатка - это группа светочувствительных клеток, называемых фоторецепторами. Фоторецепторы бывают двух типов: палочки и колбочки. Палочки чувствительны к тусклому свету, а колбочки лучше пропускают яркий свет. Фоторецепторы соединяются с биполярными клетками, которые индуцируют потенциалы действия в ганглиозных клетках сетчатки. Эти ганглиозные клетки сетчатки образуют пучок на диске зрительного нерва, который является частью зрительного нерва. Два зрительных нерва от каждого глаза встречаются в зрительном перекресте, где нервные волокна от каждой носовой сетчатки пересекаются, в результате чего правая половина поля зрения каждого глаза представлена ​​в левом полушарии, а левая половина полей зрения каждого глаза представлена ​​в правое полушарие. Затем зрительный тракт разделяется на два зрительных пути, геникулостриарный путь и тектопульвинарный путь, которые отправляют визуальную информацию в зрительную кору затылочной доли для обработки на более высоком уровне (Whishaw and Kolb, 2015).

Представления сверху вниз и снизу вверх

Зрительная система организована иерархически, с анатомическими областями, которые выполняют специализированные функции по обработке изображений. Низкоуровневая визуальная обработка связана с определением различных типов контраста между изображениями, проецируемыми на сетчатку, тогда как визуальная обработка высокого уровня относится к когнитивным процессам, которые интегрируют информацию из различных источников в визуальную информацию, которая представлена ​​в сознании. Обработка объектов, включая такие задачи, как распознавание объекта и местоположение, является примером визуальной обработки более высокого уровня. Визуальная обработка высокого уровня зависит от процессов как сверху вниз, так и снизу вверх. Обработка снизу вверх относится к способности зрительной системы использовать поступающую визуальную информацию, текущую по однонаправленному пути от сетчатки к более высоким областям коры. Обработка сверху вниз относится к использованию предшествующих знаний и контекста для обработки визуальной информации и изменения информации, передаваемой нейронами, изменяя способ их настройки на стимул. Все области зрительного пути, кроме сетчатки, могут подвергаться влиянию нисходящей обработки. Существует традиционное мнение о том, что визуальная обработка следует системе с прямой связью, в которой существует односторонний процесс, посредством которого свет направляется от сетчатки к более высоким областям коры головного мозга, однако появляется все больше свидетельств того, что зрительные пути работают двунаправленно, как с прямой связью, так и с обратной связью. механизмы, передающие информацию в нижние и верхние области коры и из них.[1] Различные исследования продемонстрировали эту идею о том, что визуальная обработка опирается как на систему прямой связи, так и на систему обратной связи (Jensen et al., 2015; Layher et al., 2014; Lee, 2002). Различные исследования, проведенные с ранних зрительных нейронов макак, обнаружили доказательства того, что ранние зрительные нейроны чувствительны к особенностям как в пределах их рецептивных полей, так и к глобальному контексту сцены.[2] В двух других исследованиях на обезьянах использовалась электрофизиология, чтобы найти разные частоты, которые связаны с обработкой прямой и обратной связи у обезьян (Orban, 2008; Schenden & Ganis, 2005). Исследования на обезьянах также показали, что нейроны в визуальных областях более высокого уровня избирательны по отношению к определенным стимулам. Одно исследование, в котором использовались единичные записи на макаках, показало, что нейроны в средней височной зрительной области, также известной как область MT или V5, обладают высокой избирательностью как по направлению, так и по скорости (Maunsell & Van Essen, 1983).

Расстройства визуальной обработки более высокого уровня

Существуют различные расстройства, которые, как известно, вызывают дефицит визуальной обработки более высокого уровня, включая агнозию визуальных объектов, прозопагнозию, топографагнозию, алексию, ахроматопсию, акинетопсию, синдром Балинта и астереопсис. Эти дефициты вызваны повреждением структур мозга, вовлеченных в вентральный или дорсальный зрительный поток (Barton 2011).

Обработка раздражителей лица и места

Прошлые модели обработки изображений выделяли определенные области мозга по специфическим стимулам, на которые они наиболее чувствительны; например, было показано, что парагиппокампальная пространственная область (PPA) имеет повышенную активацию, когда представлена ​​зданиями и местами (Epstein & Kanwisher, 1998), тогда как веретенообразная область лица (FFA) в основном сильно реагирует на лица и похожие на лица стимулы. (Канвишер и др., 1997).

Площадь Парагиппокампа (PPA)

Область парагиппокампа (ППА) расположена в задней парагиппокампальной извилине, которая сама находится в медиальной височной доле в непосредственной близости от гиппокампа. Его название происходит от повышенного нейронного отклика в PPA при просмотре таких мест, как здания, дома и другие сооружения, а также при просмотре сцен окружающей среды как в помещении, так и на улице (Epstein & Kanwisher, 1998). Это не означает, что PPA не показывает активацию при представлении других визуальных стимулов - при представлении знакомых объектов, которые не являются ни зданиями, ни лицами, такими как стулья, также есть некоторая активация внутри PPA (Ishai et al., 2000) . Тем не менее, похоже, что PPA связан с визуальной обработкой зданий и мест, поскольку пациенты, которые испытали повреждение области парагиппокампа, демонстрируют топографическую дезориентацию, другими словами, не могут ориентироваться в знакомой и незнакомой среде (Habib & Sirigu, 1987). Помимо визуальной обработки, парагиппокампальная извилина участвует как в пространственной памяти, так и в пространственной навигации (Squire & Zola-Morgan, 1991).

Веретенообразная область лица (FFA)

Веретенообразная область лица расположена в пределах нижней височной коры веретенообразной извилины. Подобно PPA, FFA демонстрирует более высокую нейронную активацию, когда визуально обрабатывает лица больше, чем места или здания (Kanwisher et al., 1997). Однако веретенообразная область также демонстрирует активацию для других стимулов и может быть обучена специализироваться на визуальной обработке объектов экспертизы. В прошлых исследованиях изучалась активация FFA у людей со специальной визуальной подготовкой, таких как орнитологи или автомобильные эксперты, которые адаптировали визуальные навыки для определения признаков птиц и автомобилей соответственно. Было показано, что эти эксперты разработали активацию FFA для своих конкретных визуальных навыков. В других экспериментах изучалась способность развивать опыт в FFA с помощью «гриблов», визуального стимула, генерируемого для того, чтобы иметь несколько компонентов, которые можно комбинировать для создания ряда различных конфигураций, подобно тому, как могут быть разные немного разные черты лица. используется для создания уникального лица. Участники были обучены своей способности различать greebles по разным признакам, и их активация в FFA периодически измерялась в процессе обучения - результаты после обучения показали, что активация Greeble в FFA увеличивалась со временем, тогда как реакция FFA на лица фактически уменьшалась с увеличением тренировки greeble. Эти результаты позволили сделать три основных вывода в отношении FFA при визуальной обработке: во-первых, FFA не обрабатывает только лица; во-вторых, FFA демонстрирует активацию для «экспертных» визуальных задач и со временем может быть обучена адаптации к новым визуальным стимулам; наконец, FFA не поддерживает постоянный уровень активации для всех стимулов, а вместо этого, кажется, `` разделяет '' активацию таким образом, что наиболее часто просматриваемые стимулы получают наибольшую активацию в FFA, как показано в исследовании greebles (Gauthier et al. , 2000).

[2]Развитие FFA и PPA в в мозг

Некоторые исследования предполагают, что развитие FFA и PPA связано со специализацией определенных зрительных задач и их связью с другими паттернами обработки зрительной информации в мозге. В частности, существующие исследования показывают, что активация FFA находится в области мозга, которая обрабатывает непосредственное поле зрения, тогда как активация PPA находится в областях мозга, которые обрабатывают периферическое зрение и зрение, только вне прямого поля зрения (Леви и др., 2001). Это говорит о том, что FFA и PPA могли развить определенные специализации из-за общих визуальных задач в этих полях зрения. Поскольку лица обычно обрабатываются в непосредственном поле зрения, части мозга, которые обрабатывают прямое поле зрения, в конечном итоге также специализируются на более детальных задачах, таких как распознавание лица. Та же концепция применима к месту: поскольку здания и локации часто просматриваются целиком либо прямо за пределами поля зрения, либо на периферии человека, любая визуальная специализация здания или локации будет обрабатываться в областях мозга, управляющих периферическим зрением. Таким образом, часто наблюдаемые формы, такие как дома и здания, становятся специализированными в определенных областях мозга, то есть в PPA.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гилберт, Чарльз Д .; Ли, Ву (май 2013 г.). «Влияние сверху вниз на визуальную обработку». Обзоры природы Неврология. 14 (5): 350–363. Дои:10.1038 / номер 3476. ISSN  1471-0048. ЧВК  3864796. PMID  23595013.
  2. ^ а б Allman, J .; Miezin, F .; МакГиннесс, Э. (1985). «Стимул-специфические ответы из-за пределов классического рецептивного поля: нейрофизиологические механизмы для локальных и глобальных сравнений в зрительных нейронах». Ежегодный обзор нейробиологии. 8: 407–430. Дои:10.1146 / annurev.ne.08.030185.002203. ISSN  0147-006X. PMID  3885829.
  • Дас М., Беннетт Д.М., Даттон Г.Н. (ноябрь 2007 г.). «Визуальное внимание как важная зрительная функция: описание проявлений, диагностика и лечение нарушений зрения». Br J Ophthalmol. 91 (11): 1556–60. Дои:10.1136 / bjo.2006.104844. ЧВК  2095436. PMID  17301124.
  • Hellige JB (1996). «Асимметрия полушария для обработки визуальной информации». Acta Neurobiol Exp. 56 (1): 485–97. PMID  8787209.
  • Китахара К. (март 2007 г.). «[Физиология и патология обработки зрительной информации]». Ниппон Ганка Гаккай Засши (на японском языке). 111 (3): 160–91, обсуждение 192. PMID  17402561.
  • Майлз Ф.А. (март 1998 г.). «Нейронная обработка трехмерной визуальной информации: свидетельство движений глаз». Евро. J. Neurosci. 10 (3): 811–22. Дои:10.1046 / j.1460-9568.1998.00112.x. PMID  9753150.
  • Видьясагар TR (2005). «Стробирование внимания в первичной зрительной коре: физиологическая основа дислексии». Восприятие. 34 (8): 903–11. Дои:10.1068 / p5332. PMID  16178142.
  • Эпштейн Р. и Канвишер Н. (1998). Кортикальное представление локальной визуальной среды. В Природа (Том 392, стр. 598–601).
  • Готье И., Скудлярски П., Гор Дж. К. и Андерсон А. В. (2000). Экспертиза машин и птиц задействует области мозга, участвующие в распознавании лиц. В Природа Неврология (Том 3, стр. 191–197).
  • Хабиб М. и Сиригу А. (1987). Чистая топографическая дезориентация: определение и анатомическая основа. В Кора (Том 23, стр. 73–85).
  • Ишай А., Унгерлейдер Л.Г. и Хаксби Дж. В. (2000). Распределенные нейронные системы для генерации визуальных образов. В Нейрон (Том 28, стр 979–990).
  • Канвишер Н., Макдермотт Дж. И Чун М.М. Веретенообразная область лица: модуль в экстрастриальной коре головного мозга человека, специализирующийся на восприятии лица. В Неврологи (Том 17, стр. 4302–4311).
  • Леви И., Хассон У., Авидан Г., Хендлер Т. и Малах Р. (2001). Центро-периферийная организация объектных областей человека. В Природа Неврология (Том 4, стр. 533–539).
  • Сквайр, Л. Р., Зола-Морган, С. (1991). Система памяти медиальной височной доли. В Наука (Том 253, стр. 1380–1386)
  • Бартон, Дж. Дж. (2011). Расстройства высшей зрительной обработки. В Справочник по клинической неврологии (Том 102, стр. 223–261). Эльзевир.
  • Гилберт, К. Д., и Ли, В. (2013). Нисходящее влияние на визуальную обработку. Обзоры природы Неврология, 14(5), 350.
  • Дженсен О., Боннефонд М., Маршалл Т. Р. и Тиесинга П. (2015). Колебательные механизмы обработки изображений с прямой и обратной связью. Тенденции в неврологии, 38(4), 192-194.
  • Лайер, Г., Шродт, Ф., Бутц, М. В., и Нойман, Х. (2014). Адаптивное обучение в компартментальной модели зрительной коры - как обратная связь обеспечивает стабильное категориальное обучение и уточнение. Границы психологии, 5, 1287.
  • Ли, Т. С. (2002). Влияние сверху вниз в ранней визуальной обработке: байесовская перспектива. Физиология и поведение, 77(4-5), 645-650.
  • Маунселл, Дж. Х., и Ван Эссен, Д. К. (1983). Функциональные свойства нейронов средней височной зрительной зоны макаки. I. Избирательность по направлению, скорости и ориентации стимула. Журнал нейрофизиологии, 49(5), 1127-1147.
  • Орбан, Г. А. (2008). Визуальная обработка высшего порядка в экстрастриарной коре головного мозга макак. Физиологические обзоры, 88(1), 59-89.
  • Перера-В.А., Х. (2019). Выявление пространственно-частотно-зависимого последействия ориентации в зрительной системе. https://peerj.com/preprints/27973/?td=wk.
  • Шендан, Х. Э., и Ганис, Г. (2015). Нисходящая модуляция визуальной обработки и знаний после 250 мс поддерживает постоянство объектов при выборе категорий. Границы психологии, 6, 1289.
  • Уишоу, И.К., и Колб, Б. (2015). Основы нейропсихологии человека (7-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: стоит.