Percezione visiva

La visione è il senso da cui dipendiamo di più nella nostra vita quotidiana, ed è complessa – nonostante gli enormi passi avanti fatti di recente nell’intelligenza artificiale e nell’elaborazione delle immagini, il modo in cui il nostro cervello elabora le immagini è di gran lunga superiore. Allora, come facciamo?

Dall’occhio al cervello

Gli assoni delle cellule gangliari escono dalla retina per formare il nervo ottico, che viaggia in due punti: il talamo (in particolare, il nucleo genicolato laterale, o LGN) e il collicolo superiore. L’LGN è il relè principale per le informazioni visive dalla retina per raggiungere la corteccia., Nonostante ciò, la retina costituisce solo circa il 20% di tutti gli input per l’LGN, con il resto proveniente dal tronco cerebrale e dalla corteccia. Quindi, più che semplicemente fungere da relè di base per l’input visivo dalla retina alla corteccia, l’LGN è in realtà la prima parte del nostro percorso visivo che può essere modificato dagli stati mentali.

Il collicolo superiore ci aiuta a controllare dove la nostra testa e gli occhi si muovono, e quindi determina dove dirigiamo il nostro sguardo. Saccades, i movimenti oculari jumpy che si sta utilizzando come si legge questo testo, sono controllati anche dal colliculus superiore., Come con l’LGN, il collicolo superiore riceve un forte input dalla corteccia, che fornisce il comando dominante su dove si muove il nostro sguardo.

Elaborazione corticale dell’input visivo

Dal talamo, l’input visivo viaggia verso la corteccia visiva, situata nella parte posteriore del nostro cervello. La corteccia visiva è una delle parti più studiate del cervello dei mammiferi, ed è qui che i mattoni elementari della nostra visione – rilevamento del contrasto, del colore e del movimento – sono combinati per produrre la nostra percezione visiva ricca e completa.,

La maggior parte dei ricercatori ritiene che l’elaborazione visiva nella corteccia avvenga attraverso due distinti “flussi” di informazioni. Un flusso, a volte chiamato Quale Percorso (viola nell’immagine qui sotto), è coinvolto nel riconoscimento e nell’identificazione degli oggetti. L’altro flusso, a volte chiamato Where Pathway (verde), riguarda il movimento e la posizione dell’oggetto, e quindi è importante per il comportamento visivamente guidato.,

Selket/Wikimedia

Costruire il nostro mondo visivo passo dopo passo

La nostra corteccia visiva non è uniforme e può essere divisa in una serie di sottoregioni distinte. Queste subregioni sono disposte gerarchicamente, con caratteristiche visive semplici rappresentate in aree “inferiori” e caratteristiche più complesse rappresentate in aree “superiori”.

Nella parte inferiore della gerarchia è la corteccia visiva primaria, o V1. Questa è la parte della corteccia visiva che riceve in ingresso il talamo., I neuroni in V1 sono sensibili a segnali visivi molto basilari, come l’orientamento di una barra o la direzione in cui si muove uno stimolo. Nell’uomo e nei gatti (ma non nei roditori), i neuroni sensibili allo stesso orientamento si trovano in colonne che coprono l’intero spessore della corteccia.

Cioè, tutti i neuroni all’interno di una colonna risponderebbero a una barra orizzontale (ma non verticale o obliqua). In una colonna vicina, tutti i neuroni risponderebbero a barre oblique ma non orizzontali o verticali (vedi immagine sotto)., Oltre a questa selettività per l’orientamento, i neuroni in tutta la maggior parte di V1 rispondono solo all’input di uno dei nostri due occhi. Questi neuroni sono anche disposti in colonne, sebbene siano distinti dalle colonne di orientamento. Questa disposizione ordinata delle proprietà visive nella corteccia visiva primaria è stata scoperta da David Hubel e Torsten Wiesel negli anni ‘ 60, per i quali sono stati successivamente premiati con il premio Nobel.

Colonne di orientamento nella corteccia visiva primaria, come visto dall’alto., Tutti i neuroni all’interno di una colonna rispondono preferenzialmente a barre di un orientamento specifico, indicate qui dal colore. Crair et als / Wikimedia

Spostando la gerarchia visiva, i neuroni rappresentano caratteristiche visive più complesse. Ad esempio, in V2, l’area successiva nella gerarchia, i neuroni rispondono ai contorni, alle trame e alla posizione di qualcosa in primo piano o in sfondo.

Oltre V1 e V2, i percorsi che trasportano Cosa e dove le informazioni si dividono in regioni cerebrali distinte., Nella parte superiore della gerarchia è la corteccia temporale inferiore (IT), che rappresenta oggetti completi – c’è anche una parte di ESSA, chiamata area del viso fusiforme, che risponde specificamente ai volti. Le regioni superiori del flusso Where sono coinvolte in compiti come guidare i movimenti oculari (saccades) usando la memoria di lavoro e integrando la nostra visione con la posizione del nostro corpo (ad esempio quando raggiungi un oggetto).

In sintesi, la corteccia visiva mostra una chiara disposizione gerarchica. Nelle aree più basse (quelle più vicine alla luce in entrata, come V1), i neuroni rispondono a semplici caratteristiche visive., Mentre l’input visivo si fa strada nella gerarchia, queste semplici caratteristiche vengono combinate per creare caratteristiche più complesse, fino a quando nella parte superiore della gerarchia, i neuroni possono rappresentare oggetti visivi completi come una faccia.

L’elaborazione visiva non è tutta a senso unico

Questa elaborazione dal basso verso l’alto del nostro mondo visivo può sembrare il percorso logico, ma non è l’intera storia. Un tale approccio “bottom-up” sarebbe troppo lento e laborioso, ma ancora più importante, renderebbe il nostro mondo visivo pieno di ambiguità e lotteremmo per sopravvivere., Invece, la nostra percezione si basa in larga misura sulla nostra esperienza precedente e su altri meccanismi “top-down” come l’attenzione. QBI professori Jason Mattingley e Stephen Williams sono entrambi studiando come l’attenzione può alterare l’elaborazione visiva, utilizzando approcci cognitivi e cellulari, rispettivamente.

Come esempio di elaborazione top-down, considera l’immagine qui sotto:

Wuhazet – Henryk Żychowski

Il quadrato A sembra più leggero, ma in realtà è più scuro del quadrato B. Chiaramente, il nostro sistema visivo sta facendo un lavoro terribile nel vedere la realtà., Ma questo non è il suo scopo. Invece, i nostri cervelli stanno cercando di dare un senso a ciò che stanno vedendo, piuttosto che cercare la verità.

Nel caso dell’immagine sopra, vediamo automaticamente – in base all’esperienza passata – quadrati chiari e scuri disposti a scacchiera, con una porzione illuminata centralmente e un’ombra proiettata attorno ai bordi. Con tutte queste informazioni, interpretiamo A come un quadrato chiaro in ombra e B come un quadrato scuro illuminato. Non è la realtà, ma è la spiegazione più probabile data da tutta la nostra precedente esperienza e dai dati a portata di mano., Questo è il modo in cui funziona il nostro sistema visivo, in ultima analisi, per aiutarci a capire il mondo e quindi promuovere la nostra sopravvivenza.

Ecco i quadrati affiancati:

E per finire, solo perché è divertente, ecco un video con una grande dimostrazione e spiegazione di quanto possa essere potente l’elaborazione top-down nella percezione visiva.

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