18.06.2020
Денис Гордеев

Нейробиологи объяснили механизм, лежащий в основе классической зрительной иллюзии

4.6

Новое исследование показывает, что оценка яркости представляет собой низкоуровневый процесс и может проходить в сетчатке глаза.

Пример одновременного светового контраста
Пример одновременного светового контраста. Два камня, на которые указывают стрелки, имеют примерно одинаковую среднюю яркость, но воспринимаются глазом абсолютно пор разному / Sinha, Bex et al., Vision Research, 2020

Многие из вас наверняка видели эту оптическую иллюзию: две серые точки на градиентном сером фоне. Обе точки идентичны по цвету, но из-за неоднородного фона мы воспринимаем их по-разному. Этот эффект называют одновременным световым контрастом.

Нейробиологи более сотни лет пытаются выяснить механизмы, лежащие в основе этого феномена. Новое исследование, проведенное учеными из Массачусетского технологического института, показывает, что в основе одновременного светового контраста может лежать оценка яркости, которая происходит еще до того, как визуальная информация достигает зрительной коры головного мозга. Статья об этом опубликована в издании Vision Research.

Где же происходит такая оценка? Вполне возможно, что еще в сетчатке глаза. «Все наши эксперименты указывают на то, что это низкоуровневый феномен, — говорит Паван Синха, специалист по нейробиологии зрения. — Результаты помогают ответить на вопрос о том, какой механизм лежит в основе этого фундаментального процесса оценки яркости, который считается краеугольным камнем для многих других видов визуального анализа».

В рамках одного из своих исследований авторы статьи изучали слепых детей из Индии, которым возвращали зрение хирургическими методами. Оказалось, такие дети были восприимчивы к одновременному световому контрасту почти сразу после того, как обретали способность видеть (через 24-48 часов после снятия повязок с глаз). Это доказывает, что оценка яркости базируется на достаточно простой нейронной схеме, не требующей предварительного визуального опыта для своей настройки.

Типичный пример одновременного светового контраста / Sinha, Bex et al., Vision Research, 2020

Интересно, что восприятие яркости не всегда пропорционально количеству света, которое наши глаза получают от объекта или элемента изображения. «У вас может быть очень темный кусок ткани под ярким прожектором, и количество света, которое вы от него получите, может быть таким же или даже большим, чем количество света от белого листа бумаги при тусклом свете, — объясняет Паван Синха. — Перед мозгом стоит задача выяснить, насколько светлая или темная поверхность [находится в поле зрения], ориентируясь только на количество энергии, которое получает глаз».

Фактически, определяя яркость объекта или элемента, мозг должен произвести что-то вроде математического действия: умножить два числа, которые представляют собой количественные характеристики уровня освещенности и степени темноты поверхности. Полученный при этом результат будет оценкой количества энергии. Эта задача кажется невыполнимой, так как множество разных пар чисел могут давать практически одинаковое произведение.

Более сложный пример одновременного светового контраста / Sinha, Bex et al., Vision Research, 2020

Чтобы продемонстрировать, что оценка яркости — процесс низкоуровневый, ученые создали изображение куба, одна грань которого была немного ярче другой. Однако освещенность более яркой стороны была ниже, чем у менее яркой грани: из-за этого серая точка, находящаяся «в тени», выглядела темнее, чем идентичная точка, расположенная на менее яркой, но лучше освещенной поверхности. «Это противоположно тому, что происходит на стандартном одновременном световом контрасте, когда точка на темном фоне выглядит ярче, чем на светлом, — говорит Синха. — Такой результат противоречит гипотезе о том, что высокоуровневый анализ условий освещения способствует оценке яркости».

Еще одна серия экспериментов была предназначена для локализации процессов оценки яркости. В ее основе лежит любопытный факт о том, что, получая комбинированное изображение от двух глаз, мозг почти полностью утрачивает информацию о том, с какого глаза были получены те или иные данные. Однако, используя специально разработанные изображения параллелепипедов с градиентными серыми гранями, исследователи обнаружили, что для оценки яркости не нужно ждать, пока информация из двух глаз будет объединена. Согласно гипотезе, выдвинутой авторами работы, процесс оценки проходит еще в сетчатке глаза.

Эта работа меняет взгляды нейробиологов на то, как человек воспринимает визуальную информацию. Некоторые процессы, которые считались высокоуровневыми, на самом деле, базируются на достаточно простых схемах и присущи человеку уже с рождения.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 14:37
Николай Цыгикало

Запуск в космос всегда динамичен. Ревущий старт, огромный факел огня, затихающий гром в небе. Первая ступень отработала и отделилась, отработала следующая, эстафета ускорения закончилась достижением орбитальной скорости на нужной высоте. Пуск ракеты завершен, заняв всего восемь – десять минут. Но выведение на этом не заканчивается. В работу вступает особая, космическая ступень. Именно она поднимает орбиту на большую высоту, начинает межпланетное путешествие, и решает много других задач. О ее сложной работе и больших возможностях – в нашем материале.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

49 минут назад
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: