Podczas postrzegania iluzorycznego ruchu, biorąc pod uwagę złudzenie optyczne Pinna-Brelstaff, które powoduje, że statyczne koła poruszają się w różnych kierunkach podczas przesuwania głowy w kierunku lub od obrazu, występuje niewielkie (15 milisekund) opóźnienie w pracy obszarów mózgu odpowiedzialnych za percepcję ruchu. Dzieje się tak za pomocą eksperymentu na makakach, do których mózgów wszczepiono elektrody, jak wykazali chińscy naukowcy. Artykuł opublikowany w The Journal of Neuroscience.
Złudzenia optyczne (jeśli nie masz pojęcia, co to jest, możesz przystąpić do naszego testu noworocznego „Kaczka czy króliczek?”) Są słabo rozumiane w kwestiach układu wzrokowego. Dziesięć lat temu naukowcy wykazali, że podczas oglądania złudzeń optycznych ruchu (na przykład tej samej iluzji Pinna-Brelstaffa) obserwowany iluzoryczny ruch wydaje się mózgowi jako rzeczywisty: w jego percepcji aktywny jest środkowy obszar skroniowy, który jest odpowiedzialny za przetwarzanie rzeczywistego ruchu.
Jednocześnie nadal nie jest jasne, w jaki sposób dokładnie iluzja ruchu powstaje w statycznym obrazie. Chińscy naukowcy postanowili zbadać tę kwestię bardziej szczegółowo pod kierownictwem Junxianga Luo z Instytutu Neuronauk Chińskiej Akademii Nauk. Postanowili skupić się na aktywności w dwóch obszarach kory wzrokowej: grzbietowej środkowej części górnej części skroniowej i środkowej części skroniowej.
W ich eksperymencie wzięły udział makaki, do kory wzrokowej, do której wszczepiono elektrody. Przed rozpoczęciem eksperymentu na makakach naukowcy przeprowadzili badanie z udziałem ludzi. Dziewięciu ochotnikom pokazano iluzje Pinna-Brelstaffa złożone z plam Gabora ułożonych w kilka kręgów. W zależności od iluzji, którą próbowali odtworzyć naukowcy, plamy ustawiano w kółko o nachyleniu 45 stopni w prawo, 45 stopni w lewo i prosto, a dla ułatwienia zadania okręgi albo poszerzały się, albo zwężały. Uczestnikom trzeba było powiedzieć, jak poruszają się koła, w zależności od tego, czy rysunek się przybliża, czy dalej. W zadaniu odwrotnym okręgi nie były statyczne, ale poruszały się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara i zgodnie z ruchem wskazówek zegara: w tym przypadku uczestnicy musieli zwrócić uwagę, czy widzieli rozszerzenie, czy zwężenie okręgów.
Paradygmat eksperymentalny i wykorzystane iluzje stworzone z spotów Gabora.
W zależności od nachylenia plam Gabor w iluzji Pinna - Brelstaff, kierunek ruchu wydawał się uczestnikom inny: na przykład, gdy plamki były nachylone w lewo, koła iluzorycznie poruszały się zgodnie z ruchem wskazówek zegara podczas rozszerzania i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara podczas zwężania (a odwrotny wzór obserwowano, gdy plamki były nachylone w prawo). Jednocześnie rzeczywisty ruch plamek w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara stwarzał iluzję zwężenia dla plamek nachylonych w lewo w kółko, a ruch zgodny z ruchem wskazówek zegara stwarzał iluzję rozszerzania (ponownie zaobserwowano odwrotny wzór dla plamek nachylonych w prawo). Jednocześnie kręgi złożone z bezpośrednio zorientowanych plam Gabora nie powodują złudzenia ruchu.
Wzorzec obserwowanego ruchu przy różnej stymulacji.
Następnie naukowcy przeprowadzili eksperyment z udziałem dwóch makaków, które początkowo nauczyły się rozpoznawać różne kierunki ruchu w okręgach z bezpośrednio zorientowanymi plamami Gabora: w tym celu koła były skręcane zgodnie z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a także zwężane i rozszerzane, po czym poproszono ich o wybranie makaków na komputerze, którym się poruszają. Oni oglądali. Po udanym treningu naukowcy powtórzyli eksperyment przeprowadzony na ludziach na małpach, zmieniając prędkość ruchu i podwajając prędkość maksymalną. Naukowcy odkryli, że makaki postrzegają iluzoryczny ruch w podobny sposób: próg postrzegania bodźca zależy od prędkości obrotu lub rozszerzania / kurczenia się.
Film promocyjny:
Obserwowany kierunek ruchu z różnym kierunkiem ruchu rzeczywistego u makaków.
Kiedy naukowcy byli przekonani, że makaki widzą iluzję Pinna-Brelstaff w taki sam sposób, w jaki widzą ją ludzie, przeprowadzili końcowe badanie aktywności kory wzrokowej ich mózgu. Naukowcy odkryli, że neurony w grzbietowej części środkowego górnego obszaru skroniowego i środkowego obszaru skroniowego są jednakowo aktywowane zarówno podczas obserwacji rzeczywistego ruchu, jak i podczas obserwacji iluzorycznego ruchu (zarówno w kole, jak i ekspansji / skurczu). Jednocześnie, obserwując iluzoryczny ruch, neurony grzbietowej części zakrętu skroniowego środkowego górnego są aktywowane 15 milisekund później niż podczas obserwacji rzeczywistego ruchu.
Początek aktywacji neuronów w środkowej części skroniowej i grzbietowej części środkowej górnej części skroniowej podczas obserwacji ruchu rzeczywistego (powyżej) i iluzorycznego (poniżej).
Obie badane części kory wzrokowej są odpowiedzialne za percepcję złożonego ruchu - na przykład tego, który jest obserwowany, gdy koła obracają się w miarę zbliżania się lub oddalania. W tym przypadku grzbietowa część środkowego górnego obszaru skroniowego jest aktywowana wcześniej, najwyraźniej ograniczając charakter obserwowanego ruchu do dalszego przetwarzania przez środkowy zakręt skroniowy. Obserwując iluzoryczny ruch (ten, który występuje w złudzeniach optycznych), neurony w tym obszarze, zdaniem naukowców, potrzebują dodatkowego czasu przetwarzania. Opierając się na fakcie, że percepcja złudnego ruchu w złudzeniu optycznym Pinna-Brelstaff okazała się podobna u makaków i ludzi, można również przypuszczać, że podobne opóźnienie można zaobserwować w pracy kory wzrokowej ludzkiego mózgu.
Podczas gdy kognitywisty i neuronaukowcy badają, jak ludzie postrzegają złudzenia optyczne, programiści uczą sieci neuronowe, jak tworzyć je samodzielnie. Robią to jednak niezbyt dobrze.
Elizaveta Ivtushok
