一個(gè)以部分人腦為模型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正在為我們的大腦處理運(yùn)動(dòng)圖像的方式提供新的見解——并解釋了一些令人困惑的視錯(cuò)覺。通過使用來自人類運(yùn)動(dòng)感知研究的數(shù)十年的數(shù)據(jù)，研究人員已經(jīng)訓(xùn)練了一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來估計(jì)圖像序列的速度和方向。

這個(gè)名為MotionNet的新系統(tǒng)旨在與人腦內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)處理結(jié)構(gòu)緊密匹配。這使研究人員能夠探索無法在大腦中直接測(cè)量的人類視覺處理特征。

他們的研究發(fā)表在《視覺雜志》上，使用人工系統(tǒng)來描述空間和時(shí)間信息如何在我們的大腦中結(jié)合以產(chǎn)生我們對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像的感知或錯(cuò)誤感知。

大腦很容易被愚弄。例如，如果屏幕左側(cè)有一個(gè)黑點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)黑點(diǎn)出現(xiàn)在右側(cè)時(shí)，黑點(diǎn)逐漸消失，我們將“看到”該點(diǎn)從左向右移動(dòng)——這稱為“phi”運(yùn)動(dòng)。但是，如果出現(xiàn)在右側(cè)的斑點(diǎn)在深色背景上是白色的，我們就會(huì)‘看到’該斑點(diǎn)從右向左移動(dòng)，這就是所謂的‘反向phi’運(yùn)動(dòng)。”

研究人員在MotionNet系統(tǒng)中重現(xiàn)了反向phi運(yùn)動(dòng)，并發(fā)現(xiàn)它在感知方面犯了與人腦相同的錯(cuò)誤——但與人腦不同的是，他們可以仔細(xì)觀察人工系統(tǒng)以了解為什么會(huì)發(fā)生這種情況。他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元被“調(diào)整”到運(yùn)動(dòng)方向，而在MotionNet中，“reverse-phi”正在觸發(fā)調(diào)整到與實(shí)際運(yùn)動(dòng)相反方向的神經(jīng)元。

人工系統(tǒng)還揭示了關(guān)于這種常見錯(cuò)覺的新信息：反向phi運(yùn)動(dòng)的速度受點(diǎn)相距多遠(yuǎn)的影響，與預(yù)期相反。以恒定速度“移動(dòng)”的點(diǎn)如果間隔較短，則看起來移動(dòng)得更快，如果間隔較長(zhǎng)，則移動(dòng)得更慢。

“我們?cè)缇椭婪聪騪hi運(yùn)動(dòng)，但新模型對(duì)我們?nèi)绾误w驗(yàn)它產(chǎn)生了一個(gè)全新的預(yù)測(cè)，以前沒有人看過或測(cè)試過，”研究員ReubenRideaux博士說在劍橋大學(xué)心理學(xué)系和該研究的第一作者。

人類很擅長(zhǎng)通過觀察來計(jì)算移動(dòng)物體的速度和方向。這是我們?nèi)绾谓忧?、估?jì)深度或決定過馬路是否安全的方式。我們通過將不斷變化的光模式處理成對(duì)運(yùn)動(dòng)的感知來做到這一點(diǎn)——但這種情況如何發(fā)生的許多方面仍不清楚。

“當(dāng)我們感知運(yùn)動(dòng)時(shí)，很難直接測(cè)量人腦內(nèi)部發(fā)生的事情——即使是我們最好的醫(yī)療技術(shù)也無法向我們展示整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。通過MotionNet，我們可以完全訪問，”Rideaux說。

認(rèn)為事物以與實(shí)際速度不同的速度移動(dòng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。例如，人們往往會(huì)低估他們?cè)陟F天行駛的速度，因?yàn)檩^暗的風(fēng)景似乎比實(shí)際移動(dòng)得更慢。研究人員在之前的一項(xiàng)研究中表明，我們大腦中的神經(jīng)元傾向于低速，因此當(dāng)能見度低時(shí)，他們傾向于猜測(cè)物體的移動(dòng)速度比實(shí)際速度慢。

揭示更多關(guān)于反向phi錯(cuò)覺只是MotionNet為我們?nèi)绾胃兄\(yùn)動(dòng)提供新見解的方式的一個(gè)例子。相信人工系統(tǒng)正在以與人類大腦非常相似的方式解決視覺問題，研究人員希望填補(bǔ)目前對(duì)我們大腦這部分工作方式的理解中的許多空白。

MotionNet的預(yù)測(cè)需要在生物實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證，但研究人員表示，知道要關(guān)注大腦的哪個(gè)部分將節(jié)省大量時(shí)間。

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