Визуальная нейробиология

Информацию о журнале см. Визуальная нейронаука (журнал) .

Визуальная нейробиология — это раздел нейробиологии , который фокусируется на зрительной системе человеческого тела, в основном расположенной в зрительной коре головного мозга . Основная цель визуальной нейробиологии — понять, как активность нейронов приводит к зрительному восприятию , а также к поведению, зависящему от зрения. В прошлом визуальная нейробиология фокусировалась в первую очередь на том, как мозг (и, в частности, зрительная кора ) реагирует на световые лучи, проецируемые из статических изображений на сетчатку . Хотя это дает разумное объяснение визуальному восприятию статического изображения, оно не дает точного объяснения того, как мы воспринимаем мир таким, какой он есть на самом деле, постоянно меняющуюся и постоянно движущуюся трехмерную среду. Темы, изложенные ниже, являются репрезентативными для этой области, но далеко не исчерпывающими. Чтобы быть менее конкретным по теме, можно посмотреть этот учебник, посвященный вычислительной связи между нейронной деятельностью, зрительным восприятием и поведением: «Понимание зрения: теория, модели и данные», опубликованный Oxford University Press, 2014.

Обработка лица

Недавнее исследование Использование событийно-связанных потенциалов ( ERP ) связало повышенную нервную активность в затылочно-височной области мозга с визуальной категоризацией выражений лица. Результаты сосредоточены на отрицательном пике ERP , который возникает через 170 миллисекунд после начала стимула. Этот потенциал действия , названный N170 , измерялся с помощью электродов в затылочно-височной области, области, которая, как известно, изменяется под воздействием лицевых раздражителей. Исследование с использованием методов ЭЭГ и ERP обеспечивает чрезвычайно высокое временное разрешение в 4 миллисекунды, что делает такого рода эксперименты чрезвычайно подходящими для точной оценки и сравнения времени, которое требуется мозгу для выполнения определенной функции. Ученые использовали методы классификации изображений, определить, на какие части сложных визуальных стимулов (например, лицо) будут полагаться, когда пациентов просят отнести их к категории или эмоции . Они вычислили важные характеристики, когда лицо-стимул выражало одну из пяти различных эмоций. Лица-стимулы, демонстрирующие страх, имели отличительную особенность: расширяющиеся глаза, а стимулы, демонстрирующие счастье, демонстрировали изменение рта в сторону улыбки. Независимо от выражения лица стимула область около глаз влияла на ЭЭГ раньше, чем область около рта. Это выявило последовательный и заранее определенный порядок восприятия и обработки лиц: сначала обрабатываются глаза, а затем обрабатываются рот и нос. Этот процесс нисходящей интеграции происходил только тогда, когда нижние черты лица имели решающее значение для категоризации стимулов. Лучше всего это объяснить, сравнив то, что происходит, когда участникам показывают лицо, выражающее страх и счастье. N170 достиг пика для стимулов страха немного раньше, примерно через 175 миллисекунд, а это означает, что участникам потребовалось меньше времени, чтобы распознать выражение лица. Это ожидаемо, поскольку для распознать эмоцию . Однако при обработке выражения счастья, когда рот имеет решающее значение для категоризации, должна иметь место нисходящая интеграция, и, таким образом, пик N170 произошел позже, примерно на 185 миллисекундах. В конечном итоге визуальная нейробиология стремится полностью объяснить, как зрительная система обрабатывает все изменения в лицах и объектах. Это даст полное представление о том, как мир постоянно воспринимается визуально, и может дать представление о связи между восприятием и сознанием .

Восприятие света и тени

Недавно ученые провели эксперименты, бросающие вызов иерархическому процессу зрительного восприятия легкости. Эти эксперименты показали, что восприятие легкости происходит на гораздо более высоком уровне познания, включающем интерпретацию освещения и теней , а не на процессе, происходящем на базовом уровне отдельной единицы. Эту идею лучше всего объяснить, рассматривая две разные версии двух распространенных визуальных иллюстраций. Первый набор иллюстраций вызывает явление, известное как эффект индукции. Изображение состоит из двух одинаковых серых квадратов, окруженных черным и белым соответственно. В результате серый цвет на белом воспринимается темнее, чем серый на черном. Традиционный способ объяснить это – латеральное торможение . Клетка с рецептивным полем в сером квадрате, окруженном белым, получает больше латерального торможения, поэтому она срабатывает не так часто и выглядит темнее. Второй набор иллюстраций объясняет иллюзию Крейка-О'Брайена-Корнсвита . Это включает в себя резкий переход от черного к белому в середине, а затем плавный переход к средне-серому на другой стороне. Две другие диаграммы демонстрируют те же два эффекта, но с гораздо большей интенсивностью . Это связано с тем, что формы на иллюстрациях являются трехмерными, из-за чего человеческий разум интерпретирует, казалось бы, более темные области как тени. Впервые это было введено Эрнстом Махом в 1866 году.

Визуальная нейронаука и клиническая нейропсихология

Непрерывные исследования в области зрительной нейробиологии привели к постоянно растущим знаниям о зрительной системе человека . Он заполнил многие этапы между моментом, когда свет попадает на нашу сетчатку, и моментом, когда мы испытываем визуальное восприятие нашего мира. Понимание этого процесса позволяет клиническим психологам лучше понять, что может вызывать нарушения зрения у их пациентов. Хотя понимание основного процесса зрительного расстройства само по себе не обеспечит пациента лечением , оно позволит как пациенту, так и клиницисту чувствовать себя непринужденно, зная, с чем именно они имеют дело, с научной точки зрения, основанной на исследованиях визуальной нейробиологии, а не на описательном описании. симптомов со стороны пациента .