Adattömörítés az elsődleges látókéregben

Kognitív Tudományi Tanszékwww.cogsci.bme.hu

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Adattömörítés az elsődleges látókéregben

Kovács [email protected] BME GTK Kognitív Tudományi Tanszékwww.cogsci.bme.hu



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



• Nyelvi megértés folyamatai embernél

• Emberi magasabb szintű látás és fejlődése

• Kategorizáció, ezen belül az arcok

• Megismerés fejlődése és fejlődési zavarai: genetikai zavarok és megismerés

A BME Gazdaság és Társadalomtudományi Karán 2004 júliusában alakult a Kognitiv Tudományi Tanszék



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



Könyveink



Sharon, E. et al. Hierarchy and adaptivity in segmenting scencesNature 2006, 442/17, 810-14.

A szegmentáció problémája még mindig nehéz

1. Hasonló és mégis különálló





2. Különböző és mégis összetartozik



Az információfeldolgozó paradigma modellje szerint:

a kognitív folyamatok





Adattömörítés az elsődleges látókéregben

Kovács IlonaBME GTK Kognitív Tudományi Tanszék

[email protected]



• Frontális (homlok)

• Temporális (halánték)

• Parietális (fali)

• Occipitális (nyakszirti)

Agykéreg: 4 lebeny



Funkcionális specializáció

• Motoros• Szenzoros

– Szagló– Ízlelő– Szomatoszenzoros– Halló– Látó

• „Asszociációs”



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

A látás agykérgi szerveződése egyszerűnek tűnik…



…de igazából…



Elsődleges látókéreg (V1)a látási ingerek fő adatelemzője az agyban

LOKÁLISinput elemzés:• luminencia• diszparitás• mozgás • szin• orientáció

…jobb lesz tehát az elején kezdeni…




Csakhogy…



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 ))



Kontúr-integrációs paradigma: kontúr + zaj

Kovács és mtsi, 1993-





• téri frekvencia

• végződés

• távolság

• V1 interakciók vizsgálatára

szűk sávban van

nincs

középpontok között

alkalmas

széles sávban van

van: illuzórikus kontúr

nem definiált

alkalmatlan



D > 1 D < 1

D = zajelemek távolsága / kontúrelemek távolsága



H.J.A. esete (Humphreys and Riddoch, 1984, 1987b; Riddoch and Humphreys, 1987a)• agyvérzés hátsó kérgi 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)



0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

Kontúr integráció gyermek- és felnőttkorban

• lassú fejlődés • 510 gyerek, 60 felnőtt

5-6 yr6-7 yr

9-10 yr10-11 yr

13-14 yr

19-30 yr

D



0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9Kontúr integráció ambliópia esetén

(ambliópia: agykérgi eredetű gyenge látás az egyik szem korai rendellenes ingerlése következtében)

S Amb

S Amb jó

S jobb

S bal

E jobb

E bal

D



Williams Szindróma Kontroll

nyakszirti lebeny

kisagy

Reiss et al, J Cog Neurosci volume 12 Suppl 1



Kontúr integráció Williams Szindróma esetén

• gyenge kontúr integráció

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

6 yr7 yr

10 yr

11 yr

14 yr

30 yr



Kontúr-integrációs pardigma: kontúr + zaj

Kovács és mtsi, 1993-



elsődleges látókéreg (V1) szerepe Agnóziás beteg Giersch, Humphreys, Kovacs & Boucart

Cog Neuropsych, 17: (8) 2000

lassú fejlődés 5-14 évesek Kovács, Kozma, Benedek, PNAS 1999

normális vizuális input szükséges Ambliópia Kovács 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



frame 1

Lokális kontrasztérzékenység

frame 2

targetClosed contour



Érzékenységi térképek

Pszichofizikai

Kovacs and Julesz, 1993, 1994

Neurális Lee, Mumford, Schiller, 1995



log units

Érzékenység változás

Érzékenységi térkép:

a kontrasztérzékenységváltozása egy zártalakzaton belül

Kovács és Julesz, Nature, 1994



Tengely alapú reprezentáció

• “pálcikafigura”

• H. J. Blum, 1967, futótűz algoritmus



D függvény:

tetszés szerinti alakzat tengely alapú reprezentációját adja

Kovács és mtsi, Vision Research, 1997









D függvény:

tetszés szerinti alakzat tengely alapú reprezentációját adja

Kovács és mtsi, Vision Research, 1997



- a biológiai mozgás feldolgozá- sához szükséges reprezentáció

- optimalizálja a téri-idői felbontást

- csökkenti a téri információ redundanciáját

- hallatlan mértékű tömöritést végez



Elsődleges látókéreg(V1 és szomszédai)

Specializálódott agyi területek(temporális kéreg)



Elsődleges látókéreg (V1)a látási ingerek fő adatelemzője az agyban


…jobb lesz tehát az elején kezdeni…

TÖMÖRÍTÉS



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

A látás agykérgi szerveződése egyszerűnek tűnik…



…de igazából…



…hogyan tovább?…



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



számitógépes animációvideofilmek videojátékok





1. Hasonló és mégis különálló



…hogyan tovább?…

• Hogyan lehet vizsgálni a V1 – IT „feedback” kapcsolatot?• Mi lehet a „top-down” kód?





Documents

Adattömörítés az elsődleges látókéregben