Mozek spojuje tečky v liniových výkresech

Mozkové zobrazování přineslo nové ocenění „jednoduchých“ čárových výkresů, protože vědci objevili úžasnou schopnost mozku znovu vytvářet podrobné scény z několika řádků.

Vědci zjistili, že prohlížení „plážové“ scény zobrazené v perokresbě aktivovalo téměř stejné vzorce mozkové aktivity u účastníků studie jako prohlížení skutečné barevné fotografie pláže.

Totéž platilo, když si lidé prohlíželi perokresby a fotografie jiných přírodních scén, včetně městských ulic, lesů, dálnic, hor a kanceláří.

Je pozoruhodné, že i když vědci odstranili až 75 procent pixelů v liniové kresbě, lidé stále udělali lépe než náhoda při určování toho, co tyto čáry představují - pokud zbývající řádky vykazovaly široké kontury scény.

"Naše výsledky naznačují, že náš mozek dokáže znovu vytvořit celé detailní scény z několika řádků," uvedl Dirk Bernhardt-Walther, Ph.D., hlavní autor studie a odborný asistent psychologie na Ohio State University.

"Reprezentace v našem mozku pro kategorizaci těchto scén se zdají být trochu abstraktnější, než si někteří mysleli - nepotřebujeme funkce, jako je textura a barva, abychom řekli pláži od pouliční scény," řekl.

Zjištění výzkumu jsou publikována v časném online vydání Sborník Národní akademie věd.

Pro tuto studii 10 účastníků sledovalo barevné fotografie a perokresby šesti kategorií scén - pláží, městských ulic, lesů, dálnic, hor a kanceláří - zatímco jejich mozky byly skenovány pomocí funkční magnetické rezonance (fMRI).

Snímky fMRI ukázaly vědcům, co se dělo v několika oblastech mozků účastníků, když si prohlíželi fotografie a perokresby. Nejvýznamnější výsledky se vyskytly v oblasti parahippocampal place (PPA), což je oblast mozku, o které vědci vědí, že hraje důležitou roli při kódování a rozpoznávání scén (spíše než tváří nebo objektů).

Na základě údajů z doby, kdy si účastníci prohlíželi barevné fotografie, vědci proškolili softwarový dekodér, aby zjistili, jaký typ scény si účastníci prohlíželi - pláž, hora atd. - na základě vzorců mozkové aktivity v PPA uvedených v fMRI.

Dekodér zdaleka nebyl dokonalý, ale předpovědět, jakou scénu si člověk prohlížel na konkrétním snímku fMRI, byl lepší než náhoda.

A co je nejdůležitější, dekodér dokázal stejně dobře předvídat, jakou scénu si člověk prohlížel, když byl zaměřen na perokresby, stejně jako na fotografie. Ve skutečnosti si dekodér vedl o něco lépe - i když ne výrazně - při předvídání perokresby ve srovnání s fotografiemi v primární vizuální kůře.

"Očekávali jsme, že perokresby budou dostatečně dobré, aby umožnily určité dekódování, ale bylo překvapivé, že fotografie neměly žádnou výhodu - dekodér nebyl o nic lepší, když byl použit na fotografie, než byl na perokresbách," řekl Bernhardt-Walther .

Zjištění ukázala, že když byl dekodér trénován na fotografiích, stejně dobře předvídal, které scény si lidé prohlíželi v perokresbách, a naopak.

"To naznačuje, že mozek používá stejné informace k dekódování, kterou scénu sleduje, když je prezentován perokresbami nebo fotografiemi," řekl.

Výsledky navíc ukázaly, že když dekodér udělal chyby, udělal podobné chyby jak na fotografiích, tak v perokresbách. Pokud by si například dekodér myslel, že se lidé dívají na fotografii hory, když se skutečně dívají na fotku lesa, udělá stejnou chybu, když analyzuje perokresby.

"Vzorce chyb se neuvěřitelně dobře shodují, takže jde o další důkaz, že vyobrazení fotografií a perokresby jsou v mozku velmi podobné," uvedl Bernhardt-Walther.

Ale co je to s perokresbami, které lidem umožňují rozpoznat, co představují? V rámci studie vědci odstranili některé čáry v liniových výkresech a zeptali se účastníků, zda mohou stále říci, která scéna byla zobrazena. V některých případech odstranili až 75 procent pixelů z výkresu.

Pokud vědci nechali na výkresech dlouhé kontury, které představovaly globální strukturu - jako je obloha, voda nebo písek -, účastníci mohli stále správně předpovědět, jaký druh scény byl vyobrazen asi v 60 procentech času.

Když však vědci vytáhli tyto dlouhé kontury a nechali jen krátké - představující detaily jako listí, okna v budovách nebo jednotlivé hřebeny v úbočí hory - přesnost účastníků šla dolů.

Tato zjištění zpochybňují některé modely lidského vizuálního vnímání, které tvrdí, že lidé potřebují ke klasifikaci scény specifické informace, které se nacházejí na fotografiích, jako je barva, stínování a textura.

"Samozřejmě používáme bohaté zdroje informací nacházející se na fotografii, když je k dispozici, ale mozek je oportunista - využívá to, co je k dispozici," řekl Bernhardt-Walther. "Z perokresby můžeme získat spoustu informací."

Výsledky také naznačují, proč perokresby hrály v lidských dějinách tak důležitou roli, ať už jako umělecká forma nebo způsob jednoduchého prezentování informací.

"Představte si úžas raného člověka, když zjistil, že dokáže kreslit tvary na skalní stěnu a to připomínalo skutečné zvíře, které právě zabil." Čárové kresby jsou tu s námi od pravěku, “řekl Bernhardt-Walther.

Zdroj: Ohio State University