Stel jou voor dat jy in die Afrika-savanne loop. Skielik sien jy 'n bewegende bos wat 'n groot geel voorwerp gedeeltelik verberg. Uit hierdie beperkte inligting moet jy uitvind of jy in gevaar is en besluit hoe om te reageer. Is dit 'n hoop droë gras? Of 'n honger leeu?
In sulke situasies moet ons brein komplekse en onsekere visuele inligting gebruik om split-sekonde besluite te neem. Die gevolgtrekkings en daaropvolgende besluite wat ons maak gebaseer op wat ons sien, kan die verskil wees tussen die reaksie op 'n bedreiging en 'n leeu se volgende ete.
Tradisioneel het neurowetenskaplikes gedink aan visuele inligtingverwerking as 'n ketting van gebeure wat die een na die ander gebeur, en die insetsilinder (van die oë) verander wat oor ruimte en tyd verander. Maar meer onlangs het ons soveel meer dinamiese en interaktiewe aan die proses begin dink. Aangesien die visuele stelsel onsekerheid probeer oplos in die sensoriese inligting wat dit ontvang, gebruik dit beide voorkennis en huidige bewyse om ingeligte raai oor wat aangaan.
Visuele stelsel: veel meer as oë
Die oë is natuurlik belangrik vir hoe ons sien wat rondom ons gebeur. Maar die grootste deel van die intensief bestudeerde menslike visuele stelsel lê binne die brein.
Die retinas agter in jou oë bevat fotoreceptore wat op die omgewing voel en reageer op lig. Hierdie fotoreseptore aktiveer op sy beurt neurone wat inligting na die visuele korteks van die brein oordra, aan die agterkant van jou kop. Die visuele korteks verwerk dan die rou data sodat ons besluite kan neem oor hoe om te reageer en op grond van die oorspronklike insette vir die oë op te tree.
Die visuele korteks word georganiseer in 'n anatomiese en funksionele hiërargie. Elke stadium is duidelik van elke ander een, beide in terme van die mikroskopiese anatomie en die funksionele rol en fisiologie - dit is hoe die neurone op verskillende stimuli reageer.
Tradisioneel het navorsers gedink hierdie hiërargie het die inligting in volgorde, van tyd tot tyd, van onder na bo gefiltreer. Hulle het geglo dat elke verwerkingsvlak van die visuele brein opwaarts 'n meer verfynde vorm van die visuele sein van die laer vlakke ontvang. Byvoorbeeld, in een stadium van die hiërargie word hoë kontrasrande uit die toneel onttrek om later grense vir vorms en voorwerpe te vorm.
Die oorspronklike denke het gedink dat die hoogste vlakke van die visuele korteks uiteindelik in sy patroon van neuronaktiwiteit 'n betekenisvolle voorstelling van die wêreld bevat waarop ons kan optree. Maar verskeie onlangse ontwikkelings in die neurowetenskap het hierdie siening op sy kop gedraai.
Die wêreld - en dus die visuele omgewing - is van tyd tot tyd uiters onseker. Verder weet ons uit baie studies dat die kapasiteit van die visuele brein opvallend beperk is. Die brein staatmaak op prosesse soos visuele aandag en visuele geheue om dit doeltreffend van hierdie beperkte hulpbronne te gebruik.
So hoe presies navigeer die brein effektief in 'n hoogs onsekere omgewing met 'n beperkte hoeveelheid inligting? Die antwoord is, dit speel die kans en spel.
Neem 'n kans op die beste guesstimates
Die brein moet beperkte insette van dubbelsinnige en veranderlike inligting gebruik om 'n ingeligte raai te maak oor wat in sy omgewing gebeur. As hierdie raai akkuraat is, kan hulle die basis vorm van goeie besluite.
Om dit te doen, speel die brein hoofsaaklik op die onderafdeling van inligting wat dit het. Gebaseer op 'n klein skuins van sensoriese inligting, is dit verbintenis oor wat die wêreld dit vertel om die beste uitbetaling op gedrag te kry.
Oorweeg die voorbeeld van die bewegende bos in die savanne. Jy sien 'n wazige, groot geel voorwerp wat deur die bos verduister word. Het hierdie voorwerp veroorsaak dat die bos beweeg? Wat is die geel blob? Is dit 'n bedreiging?
Hierdie vrae is relevant vir wat ons kies om volgende te doen in terme van ons gedrag. Die gebruik van die beperkte visuele inligting (bewegende bos, groot geel voorwerp) op 'n effektiewe manier is gedragsbelangrik. As ons uitvind dat die geel voorwerp wel 'n leeu of ander roofdier is, kan ons besluit om vinnig in die teenoorgestelde rigting te beweeg.
Inferensie kan gedefinieer word as 'n gevolgtrekking wat gebaseer is op beide bewyse en redenasie. In hierdie geval is die inferensie (dit is 'n leeu) gebaseer op beide bewyse (groot geel voorwerp, bewegende bos) en redenasie (leeus is groot en teenwoordig in die savanne). Neurowetenskaplikes dink aan probabilistiese inferensie as 'n berekening wat die kombinasie van vorige inligting en huidige bewyse insluit.
Neuroanatomiese en neurofisiologiese bewyse oor die afgelope twee dekades het getoon dat die hiërargie in die visuele korteks groot getalle verbindings bevat gaan van laer na hoër en hoër na laer op elke vlak. Eerder as om inligting deur middel van 'n omgekeerde tregter te maak, word verfyn soos dit hoër en hoër gaan, lyk dit of die visuele stelsel meer 'n interaktiewe hiërargie is. Dit werk klaarblyklik om die onsekerheid inherent in die wêreld op te los deur middel van 'n voortdurende terugvoer- en feed-forward-siklus. Dit laat die kombinasie van bottom-up huidige bewyse en top-down vorige inligting op alle vlakke van die hiërargie.
Die anatomiese en fisiologiese bewyse wat 'n meer verwante visuele brein aandui, word aangevul deur gedragseksperimente. Op 'n verskeidenheid visuele take - herkenning van voorwerpe, soek na 'n spesifieke voorwerp onder irrelevante voorwerpe en onthou kortliks visuele inligting - Mense voer in lyn met verwagtinge voortspruitend uit die reëls van probabilistiese inferensie. Ons gedragsvoorspellings gebaseer op 'n aanname dat probabilistiese inferensie onderliggend aan hierdie vermoëns ooreenstem met die werklike eksperimentele data.
Ingeligte raai, die vermindering van foute
Neurowetenskaplikes het voorgestel dat die brein deur natuurlike seleksie ontwikkel het om die ongelykheid tussen oomblik en oomblik aktief te verminder tussen wat waargeneem word en wat verwag word. Die minimalisering van hierdie teenstrydigheid behels noodwendig die gebruik van probabalistiese inferensie om aspekte van die inkomende inligting te voorspel wat gebaseer is op vorige kennis van die wêreld. Neurowetenskaplikes het hierdie proses genoem voorspellende kodering.
Baie van die data wat die voorspellende koderingsbenadering ondersteun het, het gekom deur die visuele stelsel te bestudeer. Maar nou is navorsers begin om die idee te veralgemeen en pas dit toe op ander aspekte van inligtingverwerking in die brein. Hierdie benadering het baie potensiële toekomstige aanwysings vir die moderne neurowetenskap opgelewer, insluitende die verhouding tussen lae-vlak reaksies van individuele neurone en hoër vlak neuronale dinamika (soos die groepaktiwiteit aangeteken in 'n elektro-enfalogram of EEG).
Terwyl die idee dat persepsie 'n proses van inferensie is, is Nie nuut nie, die moderne neurowetenskap het dit die afgelope jare herleef - en dit het die veld dramaties verander. Verder belowe die benadering om ons begrip van inligtingverwerking nie net vir visuele inligting te verhoog nie, maar ook alle vorme van sensoriese inligting sowel as hoër vlakprosesse soos besluitneming, geheue en bewuste denke.