Imaginați-vă că mergeți în savana africană. Deodată observați un tufiș în mișcare care ascunde parțial un obiect galben mare. Din aceste informații limitate, trebuie să vă dați seama dacă sunteți în pericol și să decideți cum să reacționați. Este o grămadă de iarbă uscată? Sau un leu flămând?

În astfel de situații, creierul nostru trebuie să utilizeze informații vizuale complexe și incerte pentru a lua decizii de fracțiune de secundă. Inferențele și deciziile ulterioare pe care le luăm pe baza a ceea ce vedem pot fi diferența dintre a răspunde în mod adecvat la o amenințare și a deveni următoarea masă a leului.

În mod tradițional, neurologii s-au gândit la procesarea informațiilor vizuale ca la un lanț de evenimente care se întâmplă unul după altul, filtrând semnalul de intrare (din ochi) care se schimbă în spațiu și timp. Dar, mai recent, am început să ne gândim la acest proces ca fiind mult mai dinamic și mai interactiv. Pe măsură ce sistemul vizual încearcă să rezolve incertitudinea informațiilor senzoriale pe care le primește, folosește atât cunoștințe anterioare, cât și dovezi actuale pentru a face presupuneri în cunoștință de cauză despre ceea ce se întâmplă.

Sistem vizual: mult mai mult decât ochii

Ochii sunt, desigur, cruciale pentru modul în care vedem ce se întâmplă în jurul nostru. Dar cea mai mare parte a sistemului vizual uman studiat intens se află în creier.

Retinele din spatele ochilor conțin fotoreceptori care simt și răspund la lumina din mediu. La rândul lor, acești fotoreceptori activează neuroni care transmit informații către cortexul vizual al creierului, situat în partea din spate a capului. Cortexul vizual prelucrează apoi datele brute, astfel încât să putem lua decizii despre cum să răspundem și să ne comportăm în mod adecvat pe baza intrării inițiale a ochilor.

Cortexul vizual este organizat într-o ierarhie anatomică și funcțională. Fiecare etapă este distinctă de fiecare alta, atât în ​​ceea ce privește anatomia sa microscopică, cât și rolul său funcțional și fiziologia - adică modul în care neuronii răspund la diferiți stimuli.

În mod tradițional, cercetătorii credeau că această ierarhie filtrează informațiile în ordine, etapă cu etapă, de jos în sus. Ei credeau că fiecare nivel de procesare al creierului vizual trece în sus o formă mai rafinată a semnalului vizual pe care l-a primit de la nivelurile inferioare. De exemplu, într-un stadiu al ierarhiei, marginile cu contrast ridicat sunt extrase din scenă pentru a forma mai târziu limite pentru forme și obiecte.

Gândirea inițială susținea că, în cele din urmă, cele mai înalte niveluri ale cortexului vizual ar conține în modelul său de activitate neuronală o reprezentare semnificativă a lumii asupra căreia am putea acționa apoi. Dar mai multe evoluții recente în neuroștiințe au transformat această perspectivă în cap.

Lumea - și, prin urmare, mediul vizual - este extrem de incertă din moment în moment. Mai mult, știm din multe studii că capacitatea creierului vizual este izbitor de limitată. Creierul se bazează pe procese precum atenție vizuală și memorie vizuală pentru a-l ajuta să utilizeze în mod eficient aceste resurse limitate.

Deci, cum anume navighează în mod eficient creierul într-un mediu extrem de incert, cu o cantitate limitată de informații? Răspunsul este că joacă cote și jocuri de noroc.

Riscând pe cei mai buni ghicitori

Creierul trebuie să utilizeze intrări limitate de informații ambigue și variabile pentru a face o presupunere în cunoștință de cauză a ceea ce se întâmplă în împrejurimile sale. Dacă aceste presupuneri sunt exacte, ele pot sta la baza unor decizii bune.

Pentru a face acest lucru, creierul joacă în esență pe subsetul de informații pe care îl are. Bazat pe o mică fâșie de informații senzoriale, pariază pe ceea ce îi spune lumea pentru a obține cel mai bun rezultat comportamental.

Luați în considerare exemplul tufișului în mișcare din savana. Vedeți un obiect galben neclar, mare, ascuns de tufiș. A provocat acest obiect mișcarea tufișului? Ce este pata galbenă? Este o amenințare?

Aceste întrebări sunt relevante pentru ceea ce alegem să facem în ceea ce privește comportamentul nostru. Utilizarea informațiilor vizuale limitate (bucșă în mișcare, obiect galben mare) într-un mod eficient este importantă din punct de vedere comportamental. Dacă deducem că obiectul galben este într-adevăr un leu sau un alt prădător, am putea decide să ne mișcăm rapid în direcția opusă.

Inferența poate fi definită ca o concluzie bazată atât pe dovezi, cât și pe raționamente. În acest caz, inferența (care este un leu) se bazează atât pe dovezi (obiect galben mare, tufă în mișcare), cât și pe raționament (leii sunt mari și prezenți în savana). Neurologii se gândesc la inferența probabilistică ca calcul care implică combinația de informații anterioare și dovezi actuale.

Conexiuni bidirecționale ale creierului

Dovezile neuroanatomice și neurofiziologice din ultimele două decenii au arătat că ierarhia din cortexul vizual conține un număr mare de conexiuni mergând de la mai jos la mai mare și mai mare la mai jos la fiecare nivel. Mai degrabă decât informațiile care își fac loc printr-o pâlnie inversată, care se rafinează pe măsură ce se ridică din ce în ce mai sus, se pare că sistemul vizual este mai mult o ierarhie interactivă. Aparent funcționează pentru a rezolva incertitudinea inerentă lumii printr-un ciclu constant de feedback și feed-forward. Acest lucru permite combinatie de de jos în sus dovezi actuale și de sus în jos informații prealabile la toate nivelurile ierarhiei.

Dovezile anatomice și fiziologice care indică un creier vizual mai interconectat sunt completate frumos de experimente comportamentale. Pe o serie de sarcini vizuale - recunoașterea obiectelor, căutarea unui anumit obiect printre obiecte irelevante și amintindu-ne pe scurt informații vizuale prezentate - ființele umane se comportă în conformitate cu așteptările generate de regulile inferenței probabiliste. Predicțiile noastre comportamentale bazate pe presupunerea că inferența probabilistică stă la baza acestor capacități corespunde frumos cu datele experimentale reale.

Ghici informate, minimizând erorile

Neurologii au sugerat că creierul a evoluat, prin selecție naturală, pentru a minimiza în mod activ diferența moment la moment între ceea ce este perceput și ceea ce este așteptat. Minimizarea acestei discrepanțe implică în mod necesar utilizarea inferenței probabalistice pentru a prezice aspecte ale informațiilor primite pe baza cunoașterii prealabile a lumii. Neurologii au numit acest proces codificare predictivă.

Multe dintre datele care au susținut abordarea de codificare predictivă au venit prin studierea sistemului vizual. Cu toate acestea, acum cercetătorii sunt începând să generalizeze ideea și aplică-l la alte aspecte ale procesării informațiilor din creier. Această abordare a dat multe direcții viitoare potențiale pentru neuroștiința modernă, inclusiv înțelegerea relației dintre răspunsuri la nivel scăzut ale neuronilor individuali și dinamică neuronală la nivel superior (cum ar fi activitatea de grup înregistrată într-o electroencefalogramă sau EEG).

În timp ce ideea că percepția este un proces de inferență este vechi, neuroștiința modernă a revitalizat-o în ultimii ani - și a schimbat dramatic domeniul. În plus, abordarea promite să ne sporească înțelegerea procesării informațiilor nu doar pentru informațiile vizuale, ci toate formele de informații senzoriale, precum și procesele de nivel superior, cum ar fi luarea deciziilor, memoria și gândirea conștientă.

Despre autor

Alex Burmester, cercetător asociat în percepție și memorie, Universitatea din New York

Acest articol a fost publicat inițial Conversaţie. Citeste Articol original.

Cărți conexe

at InnerSelf Market și Amazon