Улазне информације са мрежњаче ока каналишу се у два пута у визуелном систему мозга: један је одговоран за обраду боја и финих просторних детаља, док је други укључен у просторну локализацију и откривање високих временских фреквенција. Нова студија са МИТ-а нуди објашњење како ова два пута могу бити обликована током развоја.
Замућена визија новорођенчади као предност?
Бебе обично имају слабу оштрину вида и лошу способност разликовања боја јер њихове чепићасте ћелије на мрежњачи нису у потпуности развијене. То значи да у најранијем периоду живота виде мутне и бојом осиромашене слике.
Истраживачи са МИТ-а предлажу да управо таква замућена визија доводи до тога да се одређене мождане ћелије специјализују за обраду ниских просторних фреквенција и слабо изражених боја, што одговара такозваном магноцелуларном систему.
Касније, са побољшаним видом, друге ћелије се прилагођавају обради финијих детаља и богатијих боја, што одговара парвоцелуларном систему.
Модели вештачке интелигенције имитирају развој људског вида
Да би тестирали ову хипотезу, истраживачи су обучили рачунарске моделе вида на улазе сличне онима које добијају људске бебе — најпре слике ниског квалитета, а затим оштрије и пуне боја.
Ови модели су развили процесне јединице са рецептивним пољима сличним подели магноцелуларних и парвоцелуларних путева у људском визуелном систему. Модели који су од почетка тренирани само на сликама високог квалитета нису показали овакве карактеристике.
„Ова сазнања потенцијално пружају механистичко објашњење настанка парво/магно поделе, што је један од кључних принципа организације визуелног пута код сисара“, каже професор Паван Синха, водећи аутор студије.
Пројекат Пракаш и увиди из праксе
Идеја да улазне сензорне информације ниског квалитета могу бити корисне за развој произашла је из проучавања деце која су рођена слепа, али су касније добила вид.
Пројекат „Пракаш“, који води Синхова лабораторија, прегледао је и лечио хиљаде деце у Индији, где су реверзибилни облици губитка вида попут катаракте релативно чести. Након обнављања вида, многа деца учествују у студијама у којима се прати њихов визуелни развој.
У једној таквој студији, утврђено је да су деца која су имала операцију катаракте знатно лошије распознавала објекте на црно-белим сликама него на оним у боји. То је истраживаче навело да хипотетишу како је рано одсуство боја, уместо да буде хендикеп, заправо стратегија која омогућава мозгу да постане робустан и отпоран на губитак боја у каснијем животу.
Црно-беле и замућене слике као предност у обуци вештачке интелигенције
Када су модели рачунарског вида били прво обучени на сивим сликама, па тек онда на сликама у боји, постали су знатно бољи у препознавању објеката него модели обучени искључиво на сликама у боји.
Слично томе, други експерименти су показали да модели боље функционишу када се прво обуче на замућеним сликама, па тек онда на оштријим.
МИТ тим је желео да истражи шта се дешава када су и боја и оштрина ограничени у најранијој фази развоја, и како то утиче на формирање магно и парво ћелија.
Биомиметички подаци откривају развојну логику мозга
Парвоћелије имају мала рецептивна поља, што им омогућава да обрађују фине детаље, док магноћелије прикупљају информације са ширег подручја мрежњаче и тако боље детектују глобалне просторне карактеристике.
Истраживачи су обучили два модела: један на стандардном скупу слика, а други на „биомиметичком“ скупу, који опонаша развој вида код људи — сиве, ниске резолуције у првој половини тренинга, а оштре и шарене слике у другој половини.
Резултати су показали да су модели обучени на биомиметичким подацима развили групе јединица које су реаговале на ниску боју и ниске просторне фреквенције, што личи на магноцелуларни систем.
Поред тога, развили су и различите парвоћелије осетљиве на фине детаље и боје — подела која се није јавила код модела обучених искључиво на висококвалитетним сликама.
Стратегије препознавања објеката и улога магно система
У даљим експериментима, истраживачи су тестирали како модели класификују објекте када облик и текстура нису усклађени — на пример, животиња у облику мачке, али текстуре слона. Модели обучени на биомиметичким подацима користили су облик као примарни водич, као што то чине и људи. Када су истраживачи уклонили јединице с магноцелуларним особинама, модел је брзо изгубио ту способност.
Време, покрет и магноћелије у видео окружењу
У додатним експериментима модели су обучени на видео материјалу, што додаје временску димензију. Магноцелуларни пут реагује на високе временске фреквенције и омогућава брзо уочавање покрета. Јединице које су показале највећу осетљивост на промене у времену биле су управо оне које су претходно идентификоване као магноћелије у просторном домену.
Развој као кључ за организацију мозга
Ови резултати подржавају идеју да сензорни улази ниског квалитета у раном животу могу утицати на организацију сензорских путева у мозгу. Иако не искључују могућност урођене поделе на магно и парво системе, резултати дају доказ да и визуелно искуство има значајну улогу у развоју мозга.
„Општа тема која се појављује јесте да је наш развој пажљиво структуриран тако да нам обезбеди одређене перцептивне способности — и да тај процес утиче и на саму организацију мозга“, закључује професор Синха.
