Persönliche Gesundheit

Raum für Gedanken: Gehirn-region, die Uhren für Wände identifiziert

Um durch die Welt bewegen, Sie brauchen ein Gespür für Ihre Umgebung, vor allem von Einschränkungen, die verhindern, dass Ihre Bewegung: die Wände, die Decke und andere Hindernisse, die definieren die geometrie der navigierbare Raum um Sie herum. Und jetzt, ein team von Neurowissenschaftler, hat festgestellt, ein Bereich, der dem menschlichen Gehirn gewidmet Wahrnehmung dieser geometrie. Dieses Gehirn-region kodiert die räumlichen Einschränkungen einer Szene, ultraschnell, und wahrscheinlich trägt zu unserer instant-Gefühl für unsere Umgebung; orientieren uns im Raum, so können wir vermeiden, stoßen Dinge, herauszufinden, wo wir sind, und navigieren Sie sicher durch unsere Umwelt.

Diese Forschung, heute veröffentlicht im Neuron, stellt die Bühne für das Verständnis der komplexen Berechnungen, die unser Gehirn zu tun, um uns zu helfen. Geführt von den Wissenschaftlern an der Columbia University ‚ s Mortimer B. Zuckerman Mind-Gehirn-Verhalten-Instituts und der Aalto-Universität in Finnland, die Arbeit ist auch relevant für die Entwicklung der künstlichen Intelligenz-Technologie zielt auf die Nachahmung der visuellen Kräfte des menschlichen Gehirns.

„Vision gibt uns eine fast sofortige Gefühl, wo wir sind in Raum und insbesondere für die geometrie der Flächen—der Boden, die Wände—die Schränken unsere Bewegung ein. Es fühlt sich mühelos, aber es erfordert die koordinierte Aktivität verschiedener Regionen des Gehirns“, sagt Nikolaus Kriegeskorte, Ph. D., ein principal investigator an der Columbia – Zuckerman-Institut und das Papier ist senior-Autor. „Wie Neuronen zusammenarbeiten, um uns diesen Einblick in unsere Umgebung blieb geheimnisvoll. Mit dieser Studie sind wir einen Schritt näher an die Lösung der Rätsel.“

Um herauszufinden, wie das Gehirn wahrnimmt, die geometrie Ihrer Umgebung, die Forscher gefragt, freiwillige, die die Bilder betrachten, die von unterschiedlichen dreidimensionalen Szenen. Ein Bild könnte zeigen ein typisches Zimmer, mit drei Wänden, einer Decke und einem Boden. Die Wissenschaftler dann systematisch die Szene verändert: durch das entfernen der Wand, zum Beispiel, oder die Decke. Gleichzeitig kontrollierten Sie die Teilnehmer “ Gehirn-Aktivität durch eine Kombination von zwei cutting-edge-Gehirn-imaging-Technologien an der Aalto – neuroimaging-Einrichtungen in Finnland.

„Dadurch sind immer wieder für jeden Teilnehmer, wie wir methodisch verändert die Bilder, könnten wir Stück zusammen, wie Ihr Gehirn kodiert jede Szene,“ Linda Henriksson, Ph. D., die Studie der erste Autor und Dozent für Neurowissenschaften und biomedizinische Technik an der Aalto-Universität.

Unser visuelles system ist organisiert in einer Hierarchie von Stufen. Die erste Stufe liegt eigentlich außerhalb von Gehirn, in der Netzhaut, die erkennen können einfache visuelle Merkmale. In den nachfolgenden Stufen im Gehirn, die macht haben, zu erkennen, komplexere Formen. Durch die Verarbeitung visueller Signale über mehrere Stufen und durch wiederholte Kommunikation zwischen den Stufen—das Gehirn bildet ein vollständiges Bild von der Welt, mit all seinen Farben, Formen und Texturen.

In der Hirnrinde, die visuelle Signale werden zunächst analysiert, in einem Bereich, der sogenannten primären visuellen cortex. Sie werden dann an mehrere übergeordnete kortikale Bereiche für weitere Analysen. Die okzipitale Stelle Bereich (OPA), einer intermediate-level-Stufe der kortikalen Verarbeitung, erwies sich als besonders interessant, in den Gehirn-scans der Teilnehmer.

„Frühere Studien hatten gezeigt, dass OPA Neuronen Kodieren Szenen, eher als isolierte Objekte,“ sagte Dr. Kriegeskorte, der auch ein professor für Psychologie und Neurowissenschaften und Direktor der kognitiven Bildgebung an der Columbia. „Aber wir haben noch nicht verstehen, was Aspekt der Szenen dieser region Millionen von Nervenzellen kodiert.“

Nach der Analyse der Teilnehmer Gehirn-scans, dres. Kriegeskorte und Henriksson festgestellt, dass die OPA-Aktivität spiegelt die geometrie der Szenen. Der OPA Aktivitätsmuster widerspiegeln das Vorhandensein oder fehlen der einzelnen Szenen-Komponente—die Wände, der Boden und die Decke vermitteln ein detailliertes Bild über die gesamte geometrie der Szene. Aber der OPA Aktivitätsmuster habe nicht davon abhängen, ob die Komponenten‘ Aussehen; die Texturen von Wänden, Boden und Decke—was darauf hindeutet, dass die region ignoriert, Aussehen der Oberfläche, so dass der Fokus allein auf der geometrie der Oberfläche. Die Gehirn-region erschienen, um alle notwendigen Berechnungen, die benötigt wird, um einen Einblick in ein Zimmer, das layout extrem schnell: in nur 100 Millisekunden.

„Die Geschwindigkeit, mit der unser Gehirn Sinn die grundlegende geometrie von unserer Umgebung, ist ein Indiz für die Wichtigkeit, diese Informationen schnell,“ sagte Dr. Henriksson. „Es ist wichtig, zu wissen, ob Sie innerhalb oder außerhalb, oder was könnte Ihre Optionen für die navigation.“

Die Erkenntnisse in dieser Studie wurden möglich durch die gemeinsame Verwendung von zwei sich ergänzenden bildgebenden Verfahren: die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) und magnetoenzephalographie (MEG). die fMRT misst lokale änderungen der Sauerstoffkonzentration im Blut, die die lokale neuronale Aktivität. Es kann zeigen detaillierte räumliche Aktivitätsmuster bei einer Auflösung von ein paar Millimeter, aber es ist nicht sehr genau in der Zeit, als jeder fMRT-Messung spiegelt die Durchschnittliche Aktivität in fünf bis acht Sekunden. Durch Kontrast, die MEG misst die magnetischen Felder, erzeugt durch das Gehirn. Es können Aktivitäten mit Millisekunden-Präzision, aber nicht geben, da ein räumlich detailliertes Bild.

„Wenn wir kombinieren diese beiden Technologien, können wir die Adresse, wo die Aktivität stattfindet, und wie schnell er auftaucht.“, sagte Dr. Henriksson, die gesammelt die imaging-Daten an der Aalto-Universität.

Sich vorwärts zu bewegen, plant das Forscherteam integrieren virtual-reality-Technologie zur Erstellung realistischer 3-D-Umgebungen für die Teilnehmer zu erleben. Sie planen auch zu bauen neuronale Netzwerk-Modelle, die ahmen die Fähigkeit des Gehirns, um die Umgebung wahrnehmen.

„Wir möchten diese Dinge zusammen und bauen computer-vision-Systeme, die eher unserer eigenen Gehirne, Systeme, haben spezialisierte Maschinen, wie das, was wir hier beobachten, die im menschlichen Gehirn für die schnelle Erfassung der geometrie der Umgebung,“ sagte Dr. Kriegeskorte.