Gesundheit

Studie wirft neues Licht auf ein klassisches visual illusion

Es ist eine klassische visuelle illusion: Zwei graue Punkte erscheinen auf einem hintergrund besteht aus einem Farbverlauf von hellgrau zu schwarz. Obwohl die zwei Punkte identisch sind, erscheinen Sie sehr unterschiedlich, je nachdem, wo Sie platziert werden, vor dem hintergrund.

Wissenschaftler, die studieren, das Gehirn versucht haben, um herauszufinden, die Mechanismen, die hinter dieser illusion, bekannt als simultaner helligkeitskontrast, der seit mehr als 100 Jahren. Ein MIT-led-Studie legen nun nahe, dass dieses Phänomen beruht auf Helligkeit Einschätzung, die erfolgt, bevor die visuelle information erreicht das Gehirn ist der visuelle cortex, möglicherweise innerhalb der Netzhaut.

„Bei allen unseren Experimenten zeigen zu dem Schluss, dass dies ein low-level-Phänomen“, sagt Pawan Sinha, ein professor der vision und computational neuroscience in MIT Department of Brain and Cognitive Sciences. „Die Ergebnisse helfen bei der Beantwortung der Frage, was ist die Mechanismus zugrunde liegt, dass diese sehr grundlegenden Prozess der Helligkeit Einschätzung, das ist ein Baustein von vielen anderen Arten von visuellen Analysen.“

Als Teil Ihrer Untersuchung, die Forscher untersucht blinde Kinder in Indien und fand, dass Sie waren anfällig für diese illusion fast sofort nach Ihrer Sicht eingeleitet wurde, nach der Operation, bietet ein weiterer Beweis, dass die Helligkeit Schätzungen sind wahrscheinlich auf der Grundlage von einfachen neuronalen Schaltkreisen, die nicht erfordern keine Vorherige Erfahrung im visuellen eingerichtet werden.

Sinha ist der senior-Autor der Studie, die in der August-Ausgabe von Vision Research. Andere Autoren des Papiers sind Sarah Crucilla, wer hat mit Sinha, während Sie in der high school war und jetzt ein Caltech-Bachelor; Tapan Gandhi, ein Mitglied der Fakultät an der Indian Institute of Technology und ehemaliger postdoc am MIT; Dylan Rose, einer der letzten der Northeastern University Ph. D.-Empfänger; Amy Singh von Google, der ist auch ein ehemaliger MIT-postdoc; Suma Ganesh und Umang Mathur von Dr. Shroff ‚ s Charity Eye Hospital in New Delhi; und Peter Bex, professor der Psychologie an der Northeastern University.

Die Schätzung der Helligkeit

Wenn wir ein Bild anschauen, unser Gehirn wahrnimmt, eine gewisse Helligkeit an jeder Stelle des Bildes. Überraschend ist aber die Helligkeit Wahrnehmungen sind nicht immer proportional zu der Menge an Licht, die aus Bild-Regionen, Sinha sagt. Es ist vielmehr unsere Wahrnehmung ist das Produkt des Objekts, die eigentliche Farbe und die Menge an Licht, das strahlt auf ihn.

„Sie hätte ein sehr dunkles Stück Stoff unter einem hellen Rampenlicht, und die Menge an Licht, die Sie von es das gleiche sein könnte wie, oder sogar mehr als die Menge an Licht von einem weißen Blatt Papier unter dim Licht“, sagt Sinha. „Das Gehirn ist vorgestellt mit der Herausforderung, herauszufinden, wie hell oder dunkel eine Fläche basiert auf nur die Menge an Energie, die es empfängt. Im wesentlichen hat das Gehirn, um herauszufinden, die zwei zahlen multipliziert (Beleuchtungsstärke und-Oberfläche Dunkelheit) zu erzeugen, um die Zahl ein, es wird empfangen (eingehende Energie)—eine scheinbar Unmögliche Aufgabe, da unendlich viele Paare von zahlen können Sie alle ergeben das gleiche Produkt.“

Einige Wissenschaftler, darunter die 19 Jahrhundert der Deutsche Physiker Hermann von Helmholtz, einem frühen Pionier der vision Studien vorgeschlagen, dass die Schätzung der Helligkeit ist ein „high-level“ – Prozess. Das heißt, das Gehirn schätzt die Helligkeit basierend auf einer high-level-Verständnis der Lichtverhältnisse, Formen und Schatten in der Umgebung, die es sehen.

Viele visuelle Aufgaben, wie die Ermittlung von Flächen oder Objekten, tun, verlassen Sie sich auf unsere bisherigen Erfahrungen oder Erwartungen über das, was wir sehen. Jedoch, die Experimente, Sinha und seine Kollegen führten in dieser Studie deuten darauf hin, dass im Fall von Helligkeit Schätzung, high-level-Verarbeitung nicht eine bedeutende Rolle spielen.

In Ihrer ersten Reihe von Experimenten, die Forscher erstellt ein Bild von einem cube, der erschien, beleuchtet von der Seite, mit einem Gesicht erscheint ein wenig heller als die anderen. In der Realität, mit einem cleveren trick, der chinesischen Keramik Maler wusste vor über 800 Jahren, im Gesicht sah heller hatte tatsächlich geringere Leuchtdichte als das Gesicht, das aussah, dunkler. In dieser Anzeige, die Forscher fand, dass, wenn identisch mit grauen Punkten platziert wurden, auf dem zwei Würfel Gesichter, die dot war auf das Gesicht, das schien in Schatten erschien tatsächlich dunkler als eine identische dot platziert auf einer Fläche, die erhalten mehr Licht.

„Das ist das Gegenteil von dem, was passiert in der standard-simultan-Kontrast zeigt, in dem ein Punkt auf dunklem Grund erscheint heller als ein Punkt auf hellem hintergrund“, sagt Sinha. „Dieses Ergebnis widerspricht der Vorstellung, dass high-level-Analyse von Lichtverhältnissen trägt zur Helligkeit Schätzung.“

Der zweite Satz von Experimenten wurde entwickelt, um die Lokalisierung der Prozesse der Helligkeit Schätzung. Es baut auf die merkwürdige Tatsache, dass die einheitliche Sicht auf die Welt, die wir erleben, konstruiert durch die Zusammenführung von Bildern aus den beiden Augen, begleitet von einem fast vollständigen Verlust des „Auge des Ursprungs“ Informationen. Wir wissen nicht, was die ursprünglichen Bilder waren, und welches Auge Sie kamen aus; wir kennen nur die zusammengeführte Ansicht (manchmal genannt die „zyklopischen“ Bild, nach dem einäugigen monster Zyklopen aus der griechischen Mythologie). Allerdings mit speziell gestalteten Bildern und stereo-Brille, fanden die Forscher, dass die Helligkeit Einschätzung nicht brauchen, zu warten, bis Informationen aus den beiden Augen zusammengeführt wurde; es hatte bereits stattgefunden, Punkt.

Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Helligkeit Einschätzung kommt sehr früh, bevor die Informationen aus jedem Auge ist kombiniert in einem visual-stream. Die Kombination erfolgt in einem Teil des Gehirns, der cortex genannt V1 (so genannt, weil es stellt die erste Stufe der visuellen Verarbeitung im cortex). Dies setzt eine enge Einschränkung auf den Ort der Verarbeitung; die Forscher vermuten, dass der signifikante Helligkeit Berechnung wahrscheinlich findet in der Netzhaut.

„Die Implikation der Ergebnisse aus den ersten beiden Studien war, dass, wenn die Helligkeit Einschätzung ist wirklich ein low-level-Prozess, und die Schaltung befindet sich, wie schon in der Netzhaut, dann vielleicht ist dies eine angeborene Ausnahmegenehmigung“, sagt Sinha. „Das ist etwas, das visuelle system kommt bereit, das zu tun, von Geburt an.“

„Einen angeborenen Mechanismus“

Die Forscher waren in der Lage zu erkunden, die diese Hypothese durch die Untersuchung blinden Kinder, die hatten vor kurzem hatte Ihr Augenlicht wiederhergestellt. Sinha läuft eine Anstrengung in Indien genannt-Projekt Prakash, deren Aufgabe es ist, Kinder zu behandeln, leiden unter vermeidbaren Formen von Blindheit, wie kongenitale Katarakte. Viele der behandelten Kinder gehen auf zur Teilnahme an wissenschaftlichen Studien der visuellen Entwicklung, obwohl die Behandlung ist nicht-Kontingent auf eine solche Beteiligung.

„Die Prognose war, dass wenn die Helligkeit Einschätzung ist wirklich ein angeborener Mechanismus, dann rechts nach Sicht ist initiiert Kinder waren kongenital blinden, sollten Sie zum Opfer fallen, der simultan-Kontrast illusion“, sagt Sinha.

Das ist genau das, was die Forscher fanden in einer Studie von neun Kindern, die hatte Katarakte chirurgisch entfernt, im Alter zwischen 8 und 17. Alle Kinder waren anfällig für die illusion, in tests nur 24 bis 48 Stunden nach der chirurgischen Bandagen entfernt wurden.

In 2015 Studie, Sinha zeigte, dass vor kurzem sehenden Kinder sind auch sofort anfällig für zwei andere visuelle Illusionen, bekannt als Müller-Iyer und der Ponzo Illusion, die mit der Beurteilung der Länge von Linien auf Basis von visual cues.