Procesare vizuală - Visual processing

Nu trebuie confundat cu procesarea imaginilor .

Procesarea vizuală este un termen care este folosit pentru a se referi la capacitatea creierului de a utiliza și interpreta informații vizuale din lumea din jurul nostru. Procesul de conversie a energiei luminii într-o imagine semnificativă este un proces complex care este facilitat de numeroase structuri cerebrale și de procese cognitive de nivel superior. La nivel anatomic, energia luminii pătrunde mai întâi în ochi prin cornee , unde lumina este îndoită. După ce trece prin cornee, lumina trece prin pupilă și apoi prin lentila ochiului, unde este îndoită într-un grad mai mare și concentrată asupra retinei. Retinei este unde, numit un grup de celule de lumina detecție fotoreceptorilor sunt localizate. Există două tipuri de fotoreceptori: tije și conuri . Lansetele sunt sensibile la lumina slabă, iar conurile sunt mai capabile să transducă lumina puternică. Fotoreceptorii se conectează la celulele bipolare , care induc potențiale de acțiune în celulele ganglionare ale retinei . Aceste celule ganglionare ale retinei formează un pachet la discul optic , care este o parte a nervului optic . Cei doi nervi optici din fiecare ochi se întâlnesc la chiasma optică , unde fibrele nervoase din fiecare retină nazală se încrucișează, ceea ce duce la reprezentarea jumătății drepte a câmpului vizual al fiecărui ochi în emisfera stângă și la jumătatea stângă a câmpurilor vizuale ale fiecărui ochi. emisfera dreapta . Tractul optic diverg apoi în două căi vizuale, calea geniculostriată și calea tectopulvinară , care trimit informații vizuale la cortexul vizual al lobului occipital pentru procesare la nivel superior (Whishaw și Kolb, 2015).

Reprezentări de sus în jos și de jos în sus

Sistemul vizual este organizat ierarhic, cu zone anatomice care au funcții specializate în procesarea vizuală. Procesarea vizuală la nivel scăzut este preocupată de determinarea diferitelor tipuri de contrast între imaginile proiectate pe retină, în timp ce procesarea vizuală la nivel înalt se referă la procesele cognitive care integrează informațiile dintr-o varietate de surse în informațiile vizuale reprezentate în conștiința cuiva. Prelucrarea obiectelor, inclusiv sarcini precum recunoașterea și localizarea obiectelor , este un exemplu de procesare vizuală la nivel superior. Procesarea vizuală la nivel înalt depinde atât de procesele de sus în jos, cât și de jos în sus. Procesarea de jos în sus se referă la capacitatea sistemului vizual de a utiliza informațiile vizuale primite, care curg într-o cale unidirecțională de la retină la zonele corticale superioare. Prelucrarea de sus în jos se referă la utilizarea cunoștințelor anterioare și a contextului pentru a procesa informații vizuale și a schimba informațiile transmise de neuroni, modificând modul în care acestea sunt reglate la un stimul. Toate zonele căii vizuale, cu excepția retinei, pot fi influențate de procesarea de sus în jos. Există o viziune tradițională conform căreia procesarea vizuală urmează un sistem de avansare în care există un proces unidirecțional prin care lumina este trimisă din retină către zonele corticale superioare, totuși, există dovezi în creștere că căile vizuale funcționează bidirecțional, atât cu feed-forward cât și feedback mecanisme în loc care transmit informații către și din zonele corticale inferioare și superioare. Diverse studii au demonstrat această idee că procesarea vizuală se bazează atât pe sistemele de feed-forward cât și pe cele de feedback (Jensen și colab., 2015; Layher și colab., 2014; Lee, 2002). Diverse studii care au înregistrat de la neuronii vizuali timpurii la maimuțele macace au găsit dovezi că neuronii vizuali timpurii sunt sensibili la trăsături atât în ​​câmpurile lor receptive, cât și în contextul global al unei scene. Alte două studii ale maimuțelor au folosit electrofiziologia pentru a găsi frecvențe diferite care sunt asociate cu feedforward și procesarea feedback-ului la maimuțe (Orban, 2008; Schenden și Ganis, 2005). Studiile efectuate pe maimuțe au arătat, de asemenea, că neuronii din zonele vizuale de nivel superior sunt selectivi față de anumiți stimuli. Un studiu care a folosit înregistrări cu o singură unitate la maimuțele macace a constatat că neuronii din zona vizuală temporală mijlocie, cunoscută și sub numele de zona MT sau V5, erau foarte selectivi atât pentru direcție, cât și pentru viteză (Maunsell și Van Essen, 1983).

Tulburări ale procesării vizuale la nivel superior

Există diferite tulburări care sunt cunoscute deficitele cauzează în procesarea vizuală de nivel superior, inclusiv agnozie vizuală obiect , prosopagnozii , topographagnosia , alexia , Achromatopsia , akinetopsia , sindromul Balint și astereopsis . Aceste deficite sunt cauzate de deteriorarea structurii creierului implicate fie în fluxul vizual ventral, fie dorsal (Barton 2011).

Prelucrarea stimulilor feței și locului

Modelele anterioare de procesare vizuală au distins anumite zone ale creierului prin stimulii specifici la care sunt cel mai receptivi; de exemplu, zona parahipocampală a locului (PPA) s-a dovedit a avea o activare sporită atunci când este prezentată cu clădiri și scene de loc (Epstein și Kanwisher, 1998), în timp ce zona de față fusiformă (FFA) răspunde în mare măsură puternic fațelor și stimulilor asemănători feței (Kanwisher și colab., 1997).

Zona Parahippocampală (PPA)

Zona locului parahippocampal (PPA) este localizată în girusul parahippocampal posterior , care este el însuși conținut în lobul temporal medial cu o apropiere apropiată de hipocamp . Numele său provine din răspunsul neuronal crescut în PPA atunci când vizualizează locuri, cum ar fi clădiri, case și alte structuri și când vizualizează scene de mediu, atât în ​​interior, cât și în exterior (Epstein și Kanwisher, 1998). Acest lucru nu înseamnă că PPA nu prezintă activare atunci când este prezentat cu alți stimuli vizuali - atunci când este prezentat cu obiecte familiare care nu sunt nici clădiri, nici fețe, cum ar fi scaune, există, de asemenea, o anumită activare în cadrul PPA (Ishai și colab., 2000) . Cu toate acestea, se pare că PPA este asociat cu procesarea vizuală a clădirilor și locurilor, deoarece pacienții care au suferit daune zonei parahipocampale demonstrează dezorientare topografică, cu alte cuvinte, incapabili să navigheze în împrejurimile familiare și necunoscute (Habib și Sirigu, 1987). În afara procesării vizuale, girusul parahipocampal este implicat atât în ​​memoria spațială, cât și în navigația spațială (Squire & Zola-Morgan, 1991).

Zona feței fusiforme (FFA)

Zona feței fusiforme este localizată în interiorul cortexului temporal inferior în girusul fusiform . Similar cu PPA, FFA prezintă activare neuronală mai mare atunci când procesează vizual fețele mai mult decât locuri sau clădiri (Kanwisher și colab., 1997). Cu toate acestea, zona fusiformă prezintă și activare pentru alți stimuli și poate fi antrenată să se specializeze în procesarea vizuală a obiectelor de expertiză. Studiile anterioare au investigat activarea FFA la persoanele cu pregătire vizuală specializată, cum ar fi observatorii de păsări sau experții în mașini care au adaptat o abilitate vizuală în identificarea trăsăturilor păsărilor și, respectiv, a mașinilor. S-a demonstrat că acești experți au dezvoltat activarea FFA pentru expertiza lor vizuală specifică. Alte experimente au studiat abilitatea de a dezvolta expertiză în FFA folosind „greebles”, un stimul vizual generat pentru a avea câteva componente care pot fi combinate pentru a face o serie de configurații diferite, la fel ca modul în care poate fi o varietate de trăsături faciale ușor diferite folosit pentru a construi o față unică. Participanții au fost instruiți cu privire la abilitatea lor de a distinge greebles prin caracteristici diferite și au avut activarea în FFA măsurată periodic prin învățarea lor - rezultatele după antrenament au demonstrat că activarea greeble în FFA a crescut în timp, în timp ce răspunsurile FFA la fețe au scăzut de fapt odată cu antrenamentul crescut. Aceste rezultate au sugerat trei constatări majore în ceea ce privește FFA în procesarea vizuală: în primul rând, FFA nu prelucrează exclusiv fețele; în al doilea rând, FFA demonstrează activarea pentru sarcini vizuale „expert” și poate fi instruit în timp pentru a se adapta la noii stimuli vizuali; în cele din urmă, FFA nu menține niveluri constante de activare pentru toți stimulii și, în schimb, pare să „împărtășească” activarea în așa fel încât cei mai frecvent considerați stimuli primesc cea mai mare activare în FFA, așa cum s-a văzut în studiul greebles (Gauthier și colab.). , 2000).  

Dezvoltarea FFA și AAP în creier

Unele cercetări sugerează că dezvoltarea FFA și PPA se datorează specializării anumitor sarcini vizuale și relației lor cu alte tipare de procesare vizuală din creier. În special, cercetările existente arată că activarea FFA se încadrează în zona creierului care procesează câmpul vizual imediat, în timp ce activarea PPA este localizată în zone ale creierului care gestionează viziunea periferică și viziunea chiar în afara câmpului vizual direct (Levy și colab., 2001). Acest lucru sugerează că FFA și PPA ar fi putut să dezvolte anumite specializări datorită sarcinilor vizuale comune în aceste câmpuri vizuale. Deoarece fețele sunt procesate în mod obișnuit în câmpul vizual imediat, părțile creierului care procesează câmpul vizual direct se specializează în cele din urmă și în sarcini mai detaliate, cum ar fi recunoașterea feței . Același concept se aplică și locului: deoarece clădirile și locațiile sunt adesea privite în întregime, fie în afara câmpului vizual, fie în periferia unui individ, orice specializare vizuală a clădirii sau locației va fi procesată în zonele creierului care tratează viziunea periferică. Ca atare, formele frecvent observate, cum ar fi casele și clădirile, se specializează în anumite regiuni ale creierului, adică PPA.

Vezi si

Referințe

  • Das M, Bennett DM, Dutton GN (noiembrie 2007). „Atenția vizuală ca o funcție vizuală importantă: o schiță a manifestărilor, diagnosticarea și gestionarea atenției vizuale afectate” . Br J Oftalmol . 91 (11): 1556–60. doi : 10.1136 / bjo.2006.104844 . PMC   2095436 . PMID   17301124 .
  • Hellige JB (1996). "Asimetria emisferică pentru procesarea informațiilor vizuale". Acta Neurobiol Exp . 56 (1): 485–97. PMID   8787209 .
  • Kitahara K (martie 2007). „[Fiziologia și patologia procesării informațiilor vizuale]”. Nippon Ganka Gakkai Zasshi (în japoneză). 111 (3): 160–91, discuție 192. PMID   17402561 .
  • Miles FA (martie 1998). „Prelucrarea neuronală a informațiilor vizuale 3D: dovezi din mișcările ochilor” . Euro. J. Neurosci . 10 (3): 811-22. doi : 10.1046 / j.1460-9568.1998.00112.x . PMID   9753150 . S2CID   15985008 .
  • Vidyasagar TR (2005). „Gating atențional în cortexul vizual primar: o bază fiziologică pentru dislexie”. Percepție . 34 (8): 903-11. doi : 10.1068 / p5332 . PMID   16178142 . S2CID   6107375 .
  • Epstein, R. și Kanwisher N. (1998). O reprezentare corticală a mediului vizual local. În natură (Vol 392, pp. 598-601).
  • Gauthier, I., Skudlarski, P., Gore, JC și Anderson, AW (2000). Expertiza pentru mașini și păsări recrutează zone cerebrale implicate în recunoașterea feței. În Nature Neuroscience (Vol 3, pp. 191–197).
  • Habib M. și Sirigu A. (1987). Dezorientarea topografică pură: o definiție și o bază anatomică. În Cortex (Vol. 23, pp. 73-85).
  • Ishai A., Ungerleider LG și Haxby JV (2000). Sisteme neuronale distribuite pentru generarea de imagini vizuale. În Neuron (Vol. 28, pp. 979–990).
  • Kanwisher N., McDermott J. și Chun MM. Zona feței fusiforme: un modul în cortexul extrastriat uman specializat pentru percepția feței. În Neurosci (Vol 17, pp 4302–4311).
  • Levy, I., Hasson, U., Avidan, G., Hendler, T. și Malach, R. (2001). Organizarea centru-periferie a zonelor obiectului uman. În Nature Neuroscience (Vol 4, pp. 533-539).
  • Squire, LR, Zola-Morgan, S. (1991). Sistemul de memorie a lobului temporal medial. În știință (Vol. 253, pp. 1380–1386)
  • Barton, JJ (2011). Tulburări ale procesării vizuale superioare. În Manualul de neurologie clinică (Vol. 102, pp. 223-261). Elsevier.
  • Gilbert, CD și Li, W. (2013). Influențe de sus în jos asupra procesării vizuale. Nature Reviews Neuroscience , 14 (5), 350.
  • Jensen, O., Bonnefond, M., Marshall, TR și Tiesinga, P. (2015). Mecanisme oscilatorii de procesare vizuală de feed-forward și feedback. Tendințe în neuroștiințe , 38 (4), 192-194.
  • Layher, G., Schrodt, F., Butz, MV și Neumann, H. (2014). Învățarea adaptivă într-un model compartimental al cortexului vizual - modul în care feedbackul permite învățarea și rafinamentul categoriei stabile. Frontiere în psihologie , 5 , 1287.
  • Lee, TS (2002). Influența de sus în jos în procesarea vizuală timpurie: o perspectivă bayesiană. Fiziologie și comportament , 77 (4-5), 645-650.
  • Maunsell, JH și Van Essen, DC (1983). Proprietăți funcționale ale neuronilor din zona vizuală temporală mijlocie a maimuței macaque. I. Selectivitate pentru direcția, viteza și orientarea stimulului. Jurnal de neurofiziologie , 49 (5), 1127-1147.
  • Orban, GA (2008). Procesare vizuală de ordin superior în cortexul extrastriat al macacului. Recenzii fiziologice , 88 (1), 59-89.
  • Perera-WA, H. (2019). Identificarea orientării specifice a frecvenței spațiale după efect în sistemul vizual. https://peerj.com/preprints/27973/?td=wk .
  • Schendan, HE și Ganis, G. (2015). Modularea top-down a procesării vizuale și a cunoștințelor după 250 ms susține constanța obiectului în deciziile de categorie. Frontiere în psihologie , 6 , 1289.
  • Whishaw, IQ și Kolb, B. (2015). Fundamentele neuropsihologiei umane (ediția a VII-a). New York, NY: Merită.