Визуальная нейробиология - Visual neuroscience

Для журнала см. Визуальная неврология (журнал).

Визуальная неврология это филиал нейробиология которая фокусируется на зрительной системе человеческого тела, в основном расположенной в головном мозге. зрительная кора. Основная цель визуальной нейробиологии - понять, как нервная активность приводит к визуальное восприятие, а также поведение, зависящее от зрения. В прошлом визуальная нейробиология фокусировалась прежде всего на том, как мозг (и в частности Зрительная кора ) реагирует на световые лучи, проецируемые со статических изображений на сетчатка.[1] Хотя это дает разумное объяснение визуальное восприятие статического изображения, он не дает точного объяснения того, как мы воспринимаем мир таким, какой он есть на самом деле, постоянно меняющейся и постоянно движущейся трехмерной средой. Приведенные ниже темы являются репрезентативными для этой области, но далеко не исчерпывающими. Чтобы быть менее конкретным, можно увидеть этот учебник вычислительной связи между нейронной активностью и визуальным восприятием и поведением: «Понимание зрения: теория, модели и данные», опубликованный Oxford University Press 2014.[2]

Обработка лица

Недавнее исследование[3] с помощью Возможности, связанные с событиями (ERP ) связал повышенную нервную активность в затылочно-височной области мозга с визуальной категоризацией выражений лица.[3] Результаты сосредоточены на отрицательном пике в ERP это происходит через 170 миллисекунд после появления стимула.[4][5] Этот потенциал действия, называется N170, измерялась с помощью электродов в затылочно-височной области, которая, как уже известно, изменяется под воздействием раздражения лица. Обучение с помощью ЭЭГ, и ERP методы позволяют получить чрезвычайно высокий временное разрешение 4 миллисекунды, что делает подобные эксперименты очень подходящими для точной оценки и сравнения времени, необходимого мозгу для выполнения определенной функции. Ученые[3] использованные методы классификации изображений,[6] чтобы определить, на какие части сложных визуальных стимулов (например, лицо) будет опираться, когда пациентов просят отнести их к категории, или эмоция. Они вычислили важные черты лица, когда лицо стимула показало одну из пяти различных эмоций. Стимулирующие лица, демонстрирующие страх, отличались расширенными глазами, а стимулы, демонстрирующие счастье, проявляли изменение рта, вызывающее улыбку. Независимо от выражения раздражителя на лице, область возле глаз влияла на ЭЭГ перед областями возле устья. Это выявило последовательный и заранее определенный порядок восприятие и обработка лиц, причем глаз является первым, а затем - ртом и носом. Этот процесс нисходящей интеграции происходил только тогда, когда нижние черты лица имели решающее значение для категоризации стимулов. Лучше всего это объяснить, сравнив то, что происходит, когда участникам показывают лицо, демонстрирующее страх, и счастье. В N170 для стимулов страха пик был немного раньше, примерно через 175 миллисекунд, что означает, что участникам потребовалось меньше времени, чтобы распознать выражение лица. Это ожидается, потому что для распознавания эмоции нужно обработать только глаза. Однако при обработке счастливого выражения лица, когда рот имеет решающее значение для категоризации, должна иметь место нисходящая интеграция, и, следовательно, N170 пик произошел позже, примерно через 185 миллисекунд. В конечном итоге визуальная нейробиология стремится полностью объяснить, как зрительная система обрабатывает все изменения лиц, а также объектов. Это даст полное представление о том, как мир постоянно воспринимается зрительно, и может пролить свет на связь между восприятие и сознание.

Восприятие света и тени

Недавно ученые провели эксперименты, бросающие вызов иерархическому процессу визуальное восприятие легкости. Эти эксперименты показали, что восприятие легкости происходит от гораздо более высокого уровня познание включая интерпретацию освещения и тени а не процесс, происходящий на базовом уровне отдельной единицы.[7] Эту идею лучше всего объяснить, изучив две разные версии двух общих визуальных иллюстраций. Первый набор иллюстраций вызывает явление известный как эффект индукции. Изображение состоит из двух одинаковых серых квадратов, окруженных соответственно черным и белым. В результате восприятие серого на белом будет темнее, чем серого на черном. Традиционный способ объяснить это через боковое торможение. Клетка с восприимчивым полем в сером квадрате, окруженном белым, получает больше боковое торможение и поэтому он не срабатывает так часто и кажется более темным.[7] Второй набор иллюстраций объясняет Иллюзия Крейка-О'Брайена-Корнсвита. Это включает в себя резкий переход от черного к белому в середине, а затем переход к среднему серому с другой стороны. Две другие диаграммы демонстрируют те же два эффекта, но с гораздо большей интенсивность. Это связано с тем, что формы на иллюстрациях являются трехмерными, что заставляет человеческий разум интерпретировать кажущиеся более темными области как тени.[8] Впервые это было введено Эрнст Мах в 1866 г.

Визуальная нейробиология и клиническая нейропсихология

Непрерывные исследования в области визуальной нейробиологии привели к постоянно растущему знанию человеческого зрительная система. Он заполнил многие этапы между моментом, когда свет падает на нашу сетчатка когда мы переживаем визуальное восприятие нашего мира. На виду в этот процесс позволяет клинические психологи чтобы лучше понять, что может вызывать нарушения зрения у их пациентов. Хотя понимание основного процесса нарушения зрения само по себе не предоставит пациенту лечение, это поставит и пациента, и клиницист легко зная, с чем они имеют дело с научной точки зрения, основанной на исследованиях визуальной нейробиологии, а не на описательном описании симптомы пациентом.[9]

Рекомендации

  1. ^ Райнер, Г. (2008). Визуальная нейробиология: вычислительная динамика мозга обработки лиц. Текущая биология, 17 (21), R933-R934.
  2. ^ Чжаопин, Л. (2014). Понимание видения: теория, модели и данные. Издательство Оксфордского университета.
  3. ^ а б c Шинс П.Г., Петро Л.С., Смит М.Л. (2007). Динамика интеграции визуальной информации в мозгу для классификации выражений лица. Текущая биология 17, 1580–1585.
  4. ^ Эймер, М., и Холмс, А. (2007). Связанный с событием потенциал мозга коррелирует с эмоциональной обработкой лица. Нейропсихология 45, 15–31.
  5. ^ Vuilleumier, P., & Pourtois, G. (2007). Распределенные и интерактивные механизмы мозга во время восприятия эмоций лица: данные функциональной нейровизуализации. Нейропсихология 45, 174–194.
  6. ^ Госселин Ф., Шинс П. (2001). Пузыри: методика раскрытия использования информации в задачах распознавания. Vision Res. 41, 2261–2271.
  7. ^ а б Парадизо, М. (2000). Визуальная неврология: освещая темные углы. Текущая биология 10 (1), R15 – R18.
  8. ^ Логвиненко А.Д .: Возвращение к индукции легкости. Perception 1999, 28: 803-816.
  9. ^ Шварц, С. Х. (2010). Визуальное восприятие клинической направленности (издание четвертое). Нью-Йорк: Компании McGraw-Hill.