Павел Змарц и Георг Келлер из FMI определили нейроны в зрительной коре головного мозга, которые позволяют обнаруживать движущиеся объекты по мере нашего движения. Эти нейроны объединяют визуальный и двигательный входные данные и сигнализируют о несоответствии, когда есть отклонение между фактическим и прогнозируемым визуальным потоком. Кроме того, эти нейроны покрывают четко определенные области поля зрения, передавая узкоспециализированную локальную информацию.
Чтобы оценить, насколько наша зрительная система превосходит машины и компьютерные алгоритмы, нам достаточно взглянуть на беспилотные автомобили. Этим транспортным средствам требуется широкий набор датчиков, включая камеры и лазерные дальномеры, для обнаружения движения встречных автомобилей или пешеходов. В отличие от этого, мы можем легко различать автомобили и пешеходов во время движения, легко извлекая соответствующую информацию (e.грамм. приближающийся автомобиль) из непрерывного потока визуальной информации, генерируемой самодвижением (e.грамм. деревья и дома на обочине дороги).
Однако механизмы, лежащие в основе этой экстраординарной способности, до конца не изучены.
Георг Келлер, руководитель младшей группы в Институте биомедицинских исследований им. Фридриха Мишера (FMI), и один из его аспирантов, Павел Змарц, теперь идентифицировали клетки в зрительной коре головного мозга мыши, которые позволяют обнаруживать движущиеся объекты во время самодвижения.
В своей экспериментальной установке мыши, исследующие виртуальную среду, научились ожидать определенного потока визуального ввода, вызванного самодвижением (в соответствии с деревьями и домами, которые мы едва замечаем, когда едем). Затем визуальный поток был ненадолго нарушен (пешеход выходит на дорогу). Когда Змарц и Келлер проанализировали активность нейронов в зрительной коре головного мозга мыши, они определили определенные нейроны, которые становятся активными точно в то же время, когда ожидаемый зрительный сигнал нарушается. Змарз объясняет: "Эти нейроны объединяют визуальные и двигательные входы и сигнализируют о несоответствии, как только визуальный поток отклоняется от того, что предсказывается на основе нашего движения." И снова зрительная система настроена так, чтобы реагировать на отклонения от ожиданий.
Ученые также показали, что у несоответствующих нейронов есть рецептивные поля – i.е. они покрывают четко определенную область поля зрения. Различные нейроны становятся активными в зависимости от того, идет ли пешеход по тротуару справа или приближается машина далеко слева. Келлер комментирует: "Эти восприимчивые поля на протяжении многих лет руководят нашим пониманием видения. Они позволяют обнаруживать особенности, а также расположение и форму зрительных стимулов." В исследовании группы Келлера теперь интегрирована концепция рецептивных полей с концепцией предсказательного кодирования: "Согласно нашему исследованию, в зрительной коре есть нейроны с четко определенными рецептивными полями, которые объединяют то, что мы ожидаем увидеть, с тем, что мы видим на самом деле. Эта система особенно подходит для распознавания движущихся объектов в поле зрения во время самодвижения."