Tenk deg å gå sammen i den afrikanske savannen. Plutselig oppdager du en bevegelig busk som delvis skjuler en stor gul gjenstand. Fra denne begrensede informasjonen må du finne ut om du er i fare og bestemme hvordan du skal reagere. Er det en haug med tørt gress? Eller en sulten løve?

I slike situasjoner må våre hjerner bruke komplekse og usikre visuelle opplysninger for å gjøre splitsekundsbeslutninger. Påvirkninger og påfølgende beslutninger vi lager basert på hva vi ser, kan være forskjellen mellom å reagere hensiktsmessig på en trussel og bli et løve neste måltid.

Tradisjonelt har nevrologer tenkt på visuell informasjonsbehandling som en kjede av hendelser som skje en etter en, filtrerer inngangssignalet (fra øynene) som endres over tid og rom. Men nylig har vi begynt å tenke på prosessen så mye mer dynamisk og interaktiv. Ettersom det visuelle systemet prøver å løse usikkerheten i den sensoriske informasjonen den mottar, bruker den både forkunnskap og nåværende bevis for å gi informerte gjetninger om hva som skjer.

Visuelt system: mye mer enn øynene

Øynene er selvfølgelig avgjørende for hvordan vi ser hva som skjer rundt oss. Men hoveddelen av det intensivt studerte menneskelige visuelle systemet ligger i hjernen.

Retina på baksiden av øynene dine inneholder fotoreceptorer som sanser og reagerer på lys i miljøet. Disse fotoreceptorene aktiverer igjen nevroner som overfører informasjon til hjernens visuelle cortex, plassert på baksiden av hodet. Den visuelle cortex behandler deretter de rå dataene, slik at vi kan ta beslutninger om hvordan å reagere og oppføre seg hensiktsmessig basert på originalinngangen til øynene.

Den visuelle cortex er organisert i et anatomisk og funksjonelt hierarki. Hvert stadium er forskjellig fra hverandre, både når det gjelder mikroskopisk anatomi og dens funksjonelle rolle og fysiologi - det vil si hvordan nevronene reagerer på forskjellige stimuli.

Tradisjonelt syntes forskerne at dette hierarkiet filtrerte informasjonen i rekkefølge, trinnvis, fra bunn til topp. De trodde at hvert behandlingsnivå av den visuelle hjernen passerer oppover en mer raffinert form av det visuelle signalet det mottok fra lavere nivåer. For eksempel, i et stadium av hierarkiet, blir høy kontrastkanter ekstrahert fra scenen for å danne grenser for former og objekter senere.

Den opprinnelige tenkningen hevdet at til slutt de høyeste nivåene av den visuelle cortex inneholdt i sin mønster av nevronaktivitet en meningsfylt representasjon av verden som vi da kunne handle på. Men flere nyere utviklinger innen nevrovitenskap har slått denne utsikten på hodet.

Verden - og derfor det visuelle miljøet - er svært usikkert fra øyeblikk til øyeblikk. Videre vet vi fra mange studier at kapasiteten til den visuelle hjernen er påfallende begrenset. Hjernen er avhengig av prosesser som visuell oppmerksomhet og visuelt minne for å hjelpe den effektivt å benytte seg av disse begrensede ressursene.

Så hvordan navigerer hjernen effektivt i et svært usikkert miljø med begrenset mengde informasjon? Svaret er at det spiller oddsen og gamblene.

Tar en sjanse på beste guesstimates

Hjernen trenger å bruke begrensede innganger av tvetydig og variabel informasjon for å gi et informert gjetning om hva som skjer i omgivelsene. Hvis disse gjetningene er nøyaktige, kan de danne grunnlag for gode beslutninger.

For å gjøre dette, spiller hjernen hovedsakelig på delmengden av informasjonen den har. Basert på en liten del av sensorisk informasjon, satser det på hva verden forteller det for å få den beste utbetalingen atferdsmessig.

Tenk på eksempelet på den bevegelige busken i savannen. Du ser et uklart, stort gult objekt som er skjult av bushen. Gjorde dette objektet at busken flyttet? Hva er den gule blokken? Er det en trussel?

Disse spørsmålene er relevante for hva vi velger å gjøre neste i forhold til vår oppførsel. Ved å bruke den begrensede visuelle informasjonen (flytte busk, stor gul gjenstand) på en effektiv måte, er adferdsmessig viktig. Hvis vi konkluderer at den gule gjenstanden faktisk er en løve eller en annen rovdyr, kan vi bestemme oss for å bevege oss raskt i motsatt retning.

Inferansen kan defineres som en konklusjon basert på både bevis og resonnement. I dette tilfellet er inngangen (det er en løve) basert på både bevis (stort gult objekt, bevegelig busk) og resonnement (løver er store og til stede i savannen). Neuroscientists tenker på probabilistisk inferens som en beregning involverer kombinasjonen av forhåndsinformasjon og nåværende bevis.

Toveis hjerneforbindelser

Neuroanatomiske og neurofysiologiske bevis over de siste to tiårene har vist at hierarkiet i den visuelle cortex inneholder et stort antall forbindelser går fra lavere til høyere og høyere til lavere på hvert nivå. I stedet for at informasjonen går gjennom en omvendt trakt, blir det raffinert etter hvert som det går høyere og høyere, ser det ut til at det visuelle systemet er mer et interaktivt hierarki. Det virker tilsynelatende for å løse usikkerheten som ligger i verden gjennom en konstant tilbakemelding og feed-forward syklus. Dette tillater kombinasjon av opp ned nåværende bevis og top-down tidligere informasjon på alle nivåer i hierarkiet.

De anatomiske og fysiologiske bevisene som indikerer en mer sammenkoblet visuell hjerne, komplementeres pent av atferdseksperimenter. På en rekke visuelle oppgaver - gjenkjenne gjenstander, søker etter en bestemt gjenstand blant irrelevante objekter og husker kort presentert visuell informasjon - Menneskene utfører i tråd med forventningene generert fra reglene for probabilistisk inngrep. Våre atferdsspådommer basert på en antagelse om at probabilistisk inferanse ligger til grunn for disse kapasiteten, samsvarer pent med de faktiske eksperimentelle dataene.

Informerte gjetninger, minimering av feil

Neuroscientists har antydet at hjernen har utviklet seg, gjennom naturlig utvalg, for aktivt å minimere forskjellen øyeblikk til øyeblikk mellom det som oppfattes og hva som forventes. Minimering av denne uoverensstemmelsen innebærer nødvendigvis å bruke probabalistisk inferens for å forutsi aspekter av innkommende informasjon basert på tidligere kunnskaper om verden. Neuroscientists har kalt denne prosessen prediktiv koding.

Mye av dataene som har støttet prediktiv koding tilnærming har kommet gjennom å studere det visuelle systemet. Men nå er forskere begynner å generalisere ideen og bruk den til andre aspekter ved informasjonsbehandling i hjernen. Denne tilnærmingen har gitt mange potensielle fremtidige retninger for moderne nevrovitenskap, inkludert forståelse av forholdet mellom lavt nivå respons av individuelle nevroner og høyere nivå neuronal dynamikk (for eksempel gruppevirksomheten registrert i et elektroensfalogram eller EEG).

Mens ideen om at oppfatningen er en prosess med inngripen er ikke ny, moderne nevrovitenskap har revitalisert det de siste årene - og det har forandret feltet dramatisk. Videre lover tilnærmingen å øke vår forståelse av informasjonsbehandling, ikke bare for visuell informasjon, men alle former for sensorisk informasjon, samt prosesser på høyere nivå som beslutningstaking, minne og bevisst tankegang.

Om forfatteren

Alex Burmester, forskningsassistent i perception og minne, New York University

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon