Мозок з'єднує крапки в лінійних малюнках

Візуалізація мозку дала нове розуміння «простих» малюнків ліній, оскільки дослідники виявляють дивовижну здатність мозку відтворювати деталізовані сцени лише з декількох рядків.

Дослідники виявили, що перегляд "пляжної" сцени, зображеної на лінійному малюнку, активізував майже ті самі моделі мозкової діяльності в учасників дослідження, що і перегляд фактичної кольорової фотографії пляжу.

Те саме було, коли люди переглядали штрихові малюнки та фотографії інших природних сцен, включаючи міські вулиці, ліси, шосе, гори та офіси.

Примітно, що навіть коли дослідники видаляли до 75 відсотків пікселів на нанесенні лінії, люди все-таки робили кращі шанси визначити, що представляють лінії - до тих пір, поки інші лінії показували широкі контури сцени.

"Наші результати свідчать про те, що наш мозок може відтворити цілі деталізовані сцени з кількох рядків", - сказав доктор філософії Дірк Бернхардт-Вальтер, провідний автор дослідження та доцент психології в Університеті штату Огайо.

"Представлення в нашому мозку для класифікації цих сцен здається дещо абстрактнішим, ніж деякі думали - нам не потрібні такі особливості, як текстура та колір, щоб розрізнити пляж від вуличної сцени", - сказав він.

Результати досліджень опубліковані в ранньому інтернет-виданні Праці Національної академії наук.

Для дослідження 10 учасників переглянули кольорові фотографії та лінійні малюнки шести категорій сцен - пляжів, міських вулиць, лісів, шосе, гір та офісів, тоді як їх мозок сканували за допомогою функціональної магнітно-резонансної томографії (fMRI).

Зображення fMRI показали дослідникам, що відбувалося в декількох областях мозку учасників, коли вони переглядали фотографії та креслення. Найбільш значні результати відбулися в області парагіпокампального місця (PPA), області мозку, яка, на думку вчених, відіграє важливу роль у кодуванні та розпізнаванні сцен (а не облич чи предметів).

Використовуючи дані, коли учасники переглядали кольорові фотографії, дослідники навчили програмному декодеру, щоб визначити, який тип сцени переглядали учасники - пляж, гора тощо - на основі моделей мозкової діяльності в PPA, показаних у фМРТ.

Дешифратор був далеко не ідеальним, але він зробив краще, ніж випадковість, передбачити, яку сцену людина переглядає на конкретному зображенні fMRI.

Найголовніше, що декодер міг так само добре передбачити, яку сцену переглядала людина, коли вона була зосереджена на лінійних малюнках, як і на фотографіях. Насправді декодер дещо краще - хоча і не суттєво - прогнозував штрихові малюнки порівняно з фотографіями в первинній зоровій корі.

"Ми очікували, що креслення ліній будуть достатніми, щоб дозволити декодування, але дивувало те, що фотографії не мали переваг - декодер не був кращим, коли його застосовували на фотографіях, ніж на лінійних кресленнях", - сказала Бернхардт-Вальтер .

Результати показали, що коли декодер навчався на фотографіях, він все ще однаково добре прогнозував, які сцени люди переглядають на лінійних кресленнях, і навпаки.

"Це передбачає, що мозок використовує ту саму інформацію, щоб декодувати, яку сцену він переглядає, коли вона представлена ​​лінійними малюнками або фотографіями", - сказав він.

Крім того, результати показали, що коли декодер робив помилки, він робив подібні помилки як на фотографіях, так і на лінійних кресленнях. Наприклад, якщо декодер думав, що люди дивляться на фотографію гори, коли вони справді дивляться на фотографію лісу, він зробив би таку ж помилку, аналізуючи штрихові малюнки.

"Шаблони помилок неймовірно добре збігаються, тому це додатковий доказ того, що зображення для фотографій та лінійних малюнків дуже схожі в мозку", - сказала Бернхардт-Вальтер.

Але що це за штрихові малюнки, які дозволяють людям розпізнати, що вони представляють? В рамках дослідження дослідники видалили деякі лінії на лінійних кресленнях і запитали учасників, чи можуть вони ще сказати, яка сцена зображена. У деяких випадках вони видаляли до 75 відсотків пікселів на кресленні.

Якби дослідники залишили довгі контури на малюнках, які представляли глобальну структуру - таку як небо, вода чи пісок - учасники все ще могли б правильно передбачити, яка сцена була зображена приблизно 60 відсотків часу.

Однак коли дослідники виймали ці довгі контури і залишали лише короткі - такі деталі, як листя, вікна у будівлях чи окремі хребти на схилі гори - точність учасників знижувалася.

Ці висновки ставлять під сумнів деякі моделі людського зорового сприйняття, які стверджують, що людям потрібна конкретна інформація, яка міститься на фотографіях - наприклад, колір, затінення та текстура - для класифікації сцени.

"Звичайно, ми використовуємо багаті джерела інформації, знайдені на фотографії, коли вона доступна, але мозок є опортуністом - він використовує те, що доступно", - сказала Бернхардт-Вальтер. "Ми можемо отримати багато інформації за допомогою креслення лінії".

Результати також свідчать про те, чому лінійні малюнки відігравали таку важливу роль в історії людства, як вид мистецтва, так і спосіб простого подання інформації.

«Уявіть собі здивування ранньої людини, коли він виявив, що міг малювати фігури на скельній стіні, і це нагадувало справжню тварину, яку він щойно вбив. Штрихові малюнки були у нас з доісторичних часів », - сказала Бернхардт-Вальтер.

Джерело: Університет штату Огайо