Визуальная обработка

Визуальная обработка - это термин, который используется для обозначения способности мозга использовать и интерпретировать визуальную информацию из окружающего нас мира. Процесс преобразования световой энергии в осмысленное изображение - сложный процесс, которому способствуют многочисленные структуры мозга и когнитивные процессы более высокого уровня. На анатомическом уровне световая энергия сначала попадает в глаз через роговицу , где свет изгибается. Пройдя через роговицу, свет проходит через зрачок, а затем через хрусталик глаза, где он в большей степени изгибается и фокусируется на сетчатке. сетчаткаЗдесь расположена группа светочувствительных клеток, называемых фоторецепторами . Есть два типа фоторецепторов: палочки и колбочки . Палочки чувствительны к тусклому свету, а колбочки лучше пропускают яркий свет. Фоторецепторы соединяются с биполярными клетками , которые индуцируют потенциалы действия в ганглиозных клетках сетчатки . Эти ганглиозные клетки сетчатки образуют пучок на диске зрительного нерва , который является частью зрительного нерва . Два зрительных нерва от каждого глаза встречаются в зрительном перекресте , где нервные волокна от каждой носовой сетчатки пересекаются, что приводит к тому, что правая половина поля зрения каждого глаза представлена ​​влевое полушарие и левая половина полей зрения каждого глаза представлены в правом полушарии . - Оптический тракт затем расходится на два зрительных путей, на geniculostriate пути и tectopulvinar пути , которые посылают визуальную информацию в зрительной коре в затылочной доле для обработки выше уровня (Whishaw и Kolb, 2015).

Представления сверху вниз и снизу вверх [ править ]

Зрительная система организована иерархически, с анатомическими областями, которые выполняют специализированные функции по обработке изображений. Низкоуровневая визуальная обработка связана с определением различных типов контраста между изображениями, проецируемыми на сетчатку, тогда как визуальная обработка высокого уровня относится к когнитивным процессам, которые объединяют информацию из различных источников в визуальную информацию, которая представлена ​​в сознании. Обработка объектов, включая такие задачи, как распознавание объектови местоположение, является примером визуальной обработки более высокого уровня. Визуальная обработка высокого уровня зависит от процессов как сверху вниз, так и снизу вверх. Обработка снизу вверх относится к способности зрительной системы использовать входящую визуальную информацию, текущую по однонаправленному пути от сетчатки к более высоким кортикальным областям. Обработка сверху вниз относится к использованию предшествующих знаний и контекста для обработки визуальной информации и изменения информации, передаваемой нейронами, изменяя способ их настройки на стимул. Все области зрительного пути, кроме сетчатки, могут подвергаться влиянию нисходящей обработки. Существует традиционная точка зрения, согласно которой обработка изображений следует системе с прямой связью, в которой существует односторонний процесс, посредством которого свет направляется от сетчатки к более высоким областям коры головного мозга, однако,Появляется все больше доказательств того, что зрительные пути действуют двунаправленно, с механизмами прямой и обратной связи, которые передают информацию в нижние и верхние области коры и из них.^[1] Различные исследования продемонстрировали эту идею о том, что визуальная обработка опирается как на систему прямой связи, так и на систему обратной связи (Jensen et al., 2015; Layher et al., 2014; Lee, 2002). Различные исследования, которые регистрировались с ранних зрительных нейронов у макак, обнаружили доказательства того, что ранние зрительные нейроны чувствительны к особенностям как в пределах их рецептивных полей, так и к глобальному контексту сцены. ^{[2] В} двух других исследованиях на обезьянах использовалась электрофизиология.чтобы найти разные частоты, которые связаны с обработкой прямой и обратной связи у обезьян (Orban, 2008; Schenden & Ganis, 2005). Исследования на обезьянах также показали, что нейроны в визуальных областях более высокого уровня избирательны по отношению к определенным стимулам. Одно исследование, в котором использовались единичные записи на макаках, показало, что нейроны в средней височной зрительной области, также известной как область MT или V5, обладают высокой избирательностью как по направлению, так и по скорости (Maunsell & Van Essen, 1983).

Расстройства визуальной обработки более высокого уровня [ править ]

Существуют различные расстройства, которые, как известно, вызывают дефицит визуальной обработки более высокого уровня, включая агнозию зрительного объекта , прозопагнозию , топографагнозию , алексию , ахроматопсию , акинетопсию , синдром Балинта и астереопсис . Эти дефициты вызваны повреждением структур мозга, участвующих в вентральном или дорсальном зрительном потоке (Barton 2011).

Обработка стимулов лица и места [ править ]

Прошлые модели обработки изображений различали определенные области мозга по специфическим стимулам, на которые они наиболее чувствительны; например, было показано, что область парагиппокампа (PPA) имеет повышенную активацию, когда представлена ​​зданиями и сценами с местами (Epstein & Kanwisher, 1998), тогда как веретенообразная область лица (FFA) в основном сильно реагирует на лица и похожие на лица стимулы. (Канвишер и др., 1997).

Площадь Парагиппокампа (PPA) [ править ]

Область парагиппокампа (ППА) расположена в задней парагиппокампальной извилине , которая расположена в медиальной височной доле в непосредственной близости от гиппокампа.. Его название происходит от повышенного нейронного отклика в PPA при просмотре таких мест, как здания, дома и другие сооружения, а также при просмотре сцен окружающей среды как в помещении, так и на открытом воздухе (Epstein & Kanwisher, 1998). Это не означает, что PPA не проявляет активации при представлении других визуальных стимулов - при представлении знакомых объектов, которые не являются ни зданиями, ни лицами, такими как стулья, также присутствует некоторая активация внутри PPA (Ishai et al., 2000) . Однако похоже, что PPA связан с визуальной обработкой зданий и мест, поскольку пациенты, которые испытали повреждение парагиппокампа, демонстрируют топографическую дезориентацию, другими словами, не могут ориентироваться в знакомом и незнакомом окружении (Habib & Sirigu, 1987). Вне визуальной обработки,Парагиппокампальная извилина участвует как в пространственной памяти, так и в пространственной навигации (Squire & Zola-Morgan, 1991).

Fusiform Face Area (FFA) [ править ]

Площадь веретенообразного лица находится в пределах нижней височной коры в веретенообразной извилине. Подобно PPA, FFA демонстрирует более высокую нейронную активацию, когда визуально обрабатывает лица больше, чем места или здания (Kanwisher et al., 1997). Однако веретенообразная область также демонстрирует активацию для других стимулов и может быть обучена специализироваться на визуальной обработке объектов экспертизы. В прошлых исследованиях изучалась активация FFA у людей со специальной визуальной подготовкой, таких как орнитологи или автомобильные эксперты, которые адаптировали визуальные навыки для определения признаков птиц и автомобилей соответственно. Было показано, что эти эксперты разработали активацию FFA для своих конкретных визуальных навыков. В других экспериментах изучалась способность развивать экспертные знания в области FFA с использованием «greebles» - визуального стимула, генерируемого из нескольких компонентов, которые можно комбинировать для создания ряда различных конфигураций,очень похоже на то, как можно использовать несколько разных черт лица для создания уникального лица. Участники были обучены своей способности различать greebles по разным признакам, и их активация в FFA периодически измерялась в процессе обучения - результаты после обучения показали, что активация greeble в FFA увеличивалась со временем, тогда как реакция FFA на лица фактически уменьшалась с увеличением тренировки greeble. Эти результаты позволили сделать три основных вывода в отношении FFA при визуальной обработке: во-первых, FFA не обрабатывает только лица; во-вторых, FFA демонстрирует активацию для «экспертных» зрительных задач и может быть обучен со временем, чтобы адаптироваться к новым визуальным стимулам; наконец,FFA не поддерживает постоянный уровень активации для всех стимулов, а вместо этого, кажется, «разделяет» активацию таким образом, что наиболее часто просматриваемые стимулы получают наибольшую активацию в FFA, как было показано в исследовании greebles (Gauthier et al., 2000). ).  

^[2] Развитие FFA и PPA в в головном мозге [ править ]

Некоторые исследования предполагают, что развитие FFA и PPA связано со специализацией определенных зрительных задач и их связью с другими паттернами обработки изображений в мозге. В частности, существующие исследования показывают, что активация FFA попадает в область мозга, которая обрабатывает непосредственное поле зрения, тогда как активация PPA находится в областях мозга, которые обрабатывают периферическое зрение и зрение, только вне прямого поля зрения (Леви и др., 2001). Это говорит о том, что FFA и PPA могли развить определенные специализации из-за общих визуальных задач в этих полях зрения. Поскольку лица обычно обрабатываются в непосредственном поле зрения, части мозга, которые обрабатывают прямое поле зрения, в конечном итоге также специализируются на более детальных задачах, таких как распознавание лиц.. Та же концепция применима к месту: поскольку здания и локации часто просматриваются целиком либо прямо за пределами поля зрения, либо на периферии человека, визуальная специализация любого здания или локации будет обрабатываться в областях мозга, управляющих периферическим зрением. Таким образом, часто наблюдаемые формы, такие как дома и здания, становятся специализированными в определенных областях мозга, то есть в PPA.

См. Также [ править ]

• Визуальная агнозия
• Зрительная кора
• Визуальное восприятие
• Визуальная система
• Предиктивное кодирование

Ссылки [ править ]

• Дас М., Беннетт Д.М., Даттон Г.Н. (ноябрь 2007 г.). «Зрительное внимание как важная зрительная функция: схема проявлений, диагностика и лечение нарушений зрительного внимания» . Br J Ophthalmol . 91 (11): 1556–60. DOI : 10.1136 / bjo.2006.104844 . PMC  2095436 . PMID  17301124 .
• Hellige JB (1996). «Асимметрия полушария для обработки визуальной информации». Acta Neurobiol Exp . 56 (1): 485–97. PMID  8787209 .
• Китахара К. (март 2007 г.). «[Физиология и патология обработки зрительной информации]». Nippon Ganka Gakkai Zasshi (на японском языке). 111 (3): 160–91, обсуждение 192. PMID  17402561 .
• Майлз Ф.А. (март 1998 г.). «Нейронная обработка трехмерной визуальной информации: свидетельство движений глаз» . Евро. J. Neurosci . 10 (3): 811–22. DOI : 10,1046 / j.1460-9568.1998.00112.x . PMID  9753150 . S2CID  15985008 .
• Видьясагар TR (2005). «Стробирование внимания в первичной зрительной коре: физиологическая основа дислексии». Восприятие . 34 (8): 903–11. DOI : 10,1068 / p5332 . PMID  16178142 . S2CID  6107375 .
• Эпштейн Р. и Канвишер Н. (1998). Кортикальное представление локальной визуальной среды. В природе (Том 392, стр. 598–601).
• Готье, И., Скудларски, П., Гор, Дж. К., и Андерсон, А. В. (2000). Опыт работы с автомобилями и птицами задействует области мозга, участвующие в распознавании лиц. В естественной нейробиологии (том 3, стр. 191–197).
• Хабиб М. и Сиригу А. (1987). Чистая топографическая дезориентация: определение и анатомическая основа. In Cortex (Том 23, стр. 73–85).
• Ишай А., Унгерлейдер Л.Г. и СП Хаксби (2000). Распределенные нейронные системы для генерации визуальных образов. В Neuron (Том 28, стр 979–990).
• Канвишер Н., Макдермотт Дж. И Чун М.М. Веретенообразная область лица: модуль в экстрастриальной коре головного мозга человека, специализирующийся на восприятии лица. В Neurosci (Том 17, стр 4302–4311).
• Леви И., Хассон У., Авидан Г., Хендлер Т. и Малах Р. (2001). Центро-периферийная организация объектных областей человека. В естественной нейробиологии (том 4, стр. 533–539).
• Сквайр, Л. Р., Зола-Морган, С. (1991). Система памяти медиальной височной доли. В науке (том 253, стр. 1380–1386)
• Бартон, Дж. Дж. (2011). Расстройства высшей зрительной обработки. В Справочнике по клинической неврологии (Том 102, стр. 223–261). Эльзевир.
• Гилберт, CD, и Ли, W. (2013). Нисходящее влияние на визуальную обработку. Nature Reviews Neuroscience , 14 (5), 350.
• Дженсен, О., Боннефонд, М., Маршалл, Т.Р., и Тьесинга, П. (2015). Колебательные механизмы обработки изображений с прямой и обратной связью. Тенденции в неврологии , 38 (4), 192-194.
• Лайер, Г., Шродт, Ф., Бутц, М. В., и Нойман, Х. (2014). Адаптивное обучение в компартментальной модели зрительной коры - как обратная связь обеспечивает стабильное категорийное обучение и уточнение. Границы психологии , 5 , 1287.
• Ли, Т.С. (2002). Влияние сверху вниз в ранней визуальной обработке: байесовская перспектива. Физиология и поведение , 77 (4-5), 645-650.
• Маунселл, Дж. Х., и Ван Эссен, округ Колумбия (1983). Функциональные свойства нейронов средней височной зрительной зоны макаки. I. Избирательность по направлению, скорости и ориентации стимула. Журнал нейрофизиологии , 49 (5), 1127-1147.
• Орбан, Джорджия (2008). Визуальная обработка высшего порядка в экстрастриарной коре головного мозга макак. Физиологические обзоры , 88 (1), 59-89.
• Перера-ВА, Х. (2019). Выявление пространственно-частотного последействия ориентации в зрительной системе. https://peerj.com/preprints/27973/?td=wk .
• Шендан, Х.Э., и Ганис, Г. (2015). Нисходящая модуляция визуальной обработки и знаний после 250 мс поддерживает объектное постоянство решений по категориям. Границы психологии , 6 , 1289.
• Уишоу, IQ, и Колб, Б. (2015). Основы нейропсихологии человека (7-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: стоит.