Adattömörítés az elsődleges látókéregben

1. Adattömörítés az elsődleges látókéregben Kovács Ilona ikovacs@cogsci.bme.hu BME GTK Kognitív Tudományi Tanszék www.cogsci.bme.hu

2. A kognitív tudomány mint átfedési terület • Célja: a“természetes intelligencia”megértése • Hogy működik az érzékelés, felismerés, kategorizáció, emlékezet, érvelés, probléma megoldás, cselekvésirányitás, beszéd, kommunikáció? • Módszere: multidiszciplináris • Közös problémák, nem • hagyományos diszciplinák

3. A BME Gazdaság és Társadalomtudományi Karán 2004 júliusában alakult a Kognitiv Tudományi Tanszék • Nyelvi megértés folyamatai embernél • Emberi magasabb szintű látás és fejlődése • Kategorizáció, ezen belül az arcok • Megismerés fejlődése és fejlődési zavarai: genetikai zavarok és megismerés

4. A megismerés fejlődési zavarai • - Lukács Ágnes, Kovács Ilona, Racsmány Mihály és Pléh Csaba - • Kutatások egy ritka (1:25.000) zavar, • a Williams szindróma kognitív • profiljával kapcsolatban. • Igen erős téri zavar, élénk • kommunikáció, jó szociabilitás • Gének és viselkedés közötti hidat • az anatómia teremti meg • MRI vizsgálatok mutatják meg a • kontroll és WS halánték lebeny • közötti különbséget. • Pszichofizikai vizsgálatok tárják fel • a primér vizuális funkciókat. • Az agyi plaszticitás vizsgálata, alvás • és tanulás, az alvás mikromintázata. Kontroll Williams Szindróma

5. Könyveink

6. A szegmentáció problémája még mindig nehéz 1. Hasonló és mégis különálló Sharon, E. et al. Hierarchy and adaptivity in segmenting scences Nature 2006, 442/17, 810-14.

7. A szegmentáció problémája még mindig nehéz 2. Különböző és mégis összetartozik Sharon, E. et al. Hierarchy and adaptivity in segmenting scences Nature 2006, 442/17, 810-14.

8. a kognitív folyamatok Az információfeldolgozó paradigma modellje szerint:

10. Adattömörítés az elsődleges látókéregben Kovács Ilona BME GTK Kognitív Tudományi Tanszék ikovacs@cogsci.bme.hu

11. Agykéreg: 4 lebeny • Frontális (homlok) • Temporális (halánték) • Parietális (fali) • Occipitális (nyakszirti)

12. Funkcionális specializáció • Motoros • Szenzoros • Szagló • Ízlelő • Szomatoszenzoros • Halló • Látó • „Asszociációs”

13. A látás agykérgi szerveződése egyszerűnek tűnik… Dorzális pálya (occipito-parietális): a tárgyak manipulálása, akadályok elkerülése AKCIÓ Ventrális pálya (occipito-temporális): a tárgyak maradandó tulajdonságai tudatos percepció PERCEPCIÓ Goodale és Milner, 1992

14. …de igazából…

15. …jobb lesz tehát az elején kezdeni… Elsődleges látókéreg (V1) a látási ingerek fő adatelemzője az agyban • LOKÁLIS • input elemzés: • luminencia • diszparitás • mozgás • szin • orientáció

16. Csakhogy… • LOKÁLIS • input elemzés: • luminencia • diszparitás • mozgás • szin • orientáció

17. funkcionális anatómiai adatok: szerveződés • a látókéreg sejtjei hosszú (1-2 mm) • horizontális axonokkal vannak • összekötve • (pl: Rockland & Lund,1983; Gilbert & Wiesel, 1983, 1989) • hasonló hangolású sejtek vannak egymással összekötve: INTEGRÁCIÓ? • (pl. Blasdel et al;Malach et al, 1993)

18. Kontúr-integrációs paradigma:kontúr + zaj Kovács és mtsi, 1993-

20. szűk sávban van • nincs • középpontok között • alkalmas • téri frekvencia • végződés • távolság • V1 interakciók • vizsgálatára • széles sávban van • van: illuzórikus kontúr • nem definiált • alkalmatlan

21. D > 1 D < 1 D = zajelemek távolsága / kontúrelemek távolsága

22. H.J.A. esete (Humphreys and Riddoch, 1984, 1987b; Riddoch and Humphreys, 1987a) • agyvérzés hátsókérgi területeken • vizuális agnózia • prozopagnózia • alexia agraphia nélkül • kérgi szinvakság • téri orientációs zavarok • kontúr-teszt: • normál teljesitmény • V1 elégséges MRI (1989) : kétoldali léziók az inferior temporális, oldalsó occipitotemporális, fusiform és lingualis gyrusokban (Riddoch et al, Brain, 122, 3, 1999)

23. Kontúr integráció gyermek- és felnőttkorban D • lassú fejlődés • 510 gyerek, 60 felnőtt 5-6 yr 6-7 yr 9-10 yr 10-11 yr 13-14 yr 19-30 yr

24. SAmb S Amb jó S jobb S bal E jobb E bal Kontúr integráció ambliópia esetén (ambliópia: agykérgi eredetű gyenge látás az egyik szem korai rendellenes ingerlése következtében) D

25. Kontroll Williams Szindróma nyakszirti lebeny kisagy Reiss et al, J Cog Neurosci volume 12 Suppl 1

26. 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 6 yr 7 yr 10 yr 11 yr 14 yr 30 yr Kontúr integráció Williams Szindróma esetén • gyenge kontúr integráció

27. Kontúr-integrációs pardigma:kontúr + zaj Kovács és mtsi, 1993-

28. elsődleges látókéreg (V1) szerepe • Agnóziás betegGiersch, Humphreys, Kovacs & Boucart • Cog Neuropsych, 17: (8) 2000 • lassú fejlődés • 5-14 évesek Kovács, Kozma, Benedek, PNAS 1999 • normális vizuális input szükséges • AmbliópiaKovács et al, Vision Res, 40(13) 2000 • Chandna et al, Inv Opth. Mar;42(3)2001 • genetikusan meghatározott • WMS Kovács, Lukács, Racsmány, Pléh, 2001 • alvásfüggő tanulás felnőtteknél • Kovács, Kozma, Gerván, 2006

29. target Closed contour frame 1 frame 2 Lokális kontrasztérzékenység

30. Pszichofizikai Kovacs and Julesz, 1993, 1994 Lee, Mumford, Schiller, 1995 Neurális Érzékenységi térképek

31. Érzékenységi térkép:a kontrasztérzékenységváltozása egy zártalakzaton belül Érzékenység változás Kovács és Julesz, Nature, 1994 log units

32. Tengely alapú reprezentáció • “pálcikafigura” • H. J. Blum, 1967, futótűz algoritmus

33. D függvény: tetszés szerinti alakzat tengely alapú reprezentációját adja Kovács és mtsi, Vision Research, 1997

37. D függvény: tetszés szerinti alakzat tengely alapú reprezentációját adja Kovács és mtsi, Vision Research, 1997

38. - a biológiai mozgás feldolgozá-sához szükséges reprezentáció - optimalizálja a téri-idői felbontást - csökkenti a téri információ redundanciáját- hallatlan mértékű tömöritést végez

39. Elsődleges látókéreg (V1 és szomszédai) Specializálódott agyi területek (temporális kéreg)

40. …jobb lesz tehát az elején kezdeni… Elsődleges látókéreg (V1) a látási ingerek fő adatelemzője az agyban • LOKÁLIS • input elemzés: • luminencia • diszparitás • mozgás • szin • orientáció TÖMÖRÍTÉS

41. A látás agykérgi szerveződése egyszerűnek tűnik… Dorzális pálya (occipito-parietális): a tárgyak manipulálása, akadályok elkerülése AKCIÓ Ventrális pálya (occipito-temporális): a tárgyak maradandó tulajdonságai tudatos percepció PERCEPCIÓ Goodale és Milner, 1992

42. …de igazából…

43. …hogyan tovább?…

44. Biológiai formák gyors felismerése, képtömörités - pl. videokonferencia, robotirányitás

45. számitógépes animáció videofilmek videojátékok

46. A szegmentáció problémája még mindig nehéz 1. Hasonló és mégis különálló Sharon, E. et al. Hierarchy and adaptivity in segmenting scences Nature 2006, 442/17, 810-14.

47. …hogyan tovább?… • Hogyan lehet vizsgálni a V1 – IT „feedback” • kapcsolatot? • Mi lehet a „top-down” kód?