O echipă de cercetători a arătat experimental importanța experiențelor vizuale din copilărie pentru maturizare și funcționarea corespunzătoare a unor neuroni-cheie implicați în procesul vederii.

Adaptarea nesupravegheată la statisticile spațio-temporale ale experienței vizuale este un principiu-cheie de calcul despre care s-a presupus de multă vreme că guvernează dezvoltarea postnatală a reglării corticale vizuale, incluzând selectivitatea orientării celulelor simple și toleranța de poziție a celulelor complexe din cortexul vizual primar. Cu toate acestea, probele empirice cauzale care susțin această ipoteză sunt rare. 

Dezvoltarea unei persoane din copilărie spre maturitate depinde și de observarea detaliilor din lumea înconjurătoare și nu doar de predarea explicită a unor noțiuni. Acest lucru este valabil și pentru dezvoltarea sistemului vizual, este concluzia la care au ajuns doi neurologi de la SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati), care, pentru prima dată în istoria cercetărilor, au arătat experimental importanța experienței vizuale pasive pentru maturizare și funcționarea corespunzătoare a unor neuroni-cheie implicați în procesul vederii. 

TE-AR MAI PUTEA INTERESA

Lucrarea lor, publicată în Science Advances, este un pas fundamental către înțelegerea mecanismelor de învățare în timpul dezvoltării. De asemenea, are implicații clinice potențiale pentru studiul noilor terapii de reabilitare vizuală și implicații tehnologice. Rezultatele ar putea duce la o îmbunătățire a algoritmilor de învățare folosiți de sistemele de vedere artificială.

Sistemul vizual, conectat cu învățarea „supravegheată” și „nesupravegheată”

Încă din stadiile incipiente ale sarcinii, sistemul vizual este supus continuu unor stimuli, care devin din ce în ce mai intenși și structurați după naștere. Ei sunt situați în centrul mecanismelor de învățare care, conform unor teorii, sunt fundamentale pentru dezvoltarea vederii.

Învățarea este de două feluri, spun oamenii de știință implicați în noul studiu¹: „supravegheată”, adică ghidată de un profesor, și „nesupravegheată”, adică bazată pe o expunere spontană și pasivă la mediul înconjurător. Primul gen de învățare este cel pe care îl putem asocia cu toții cu părinții sau cu profesorii noștri, care ne-au direcționat în copilărie către recunoașterea diverselor obiecte. Cel de-al doilea gen de învățare a avut loc spontan, pasiv, când ne-am deplasat în societate, pe stradă etc. și am observat singuri ce se întâmpla în jurul nostru.

Experiența vizuală pasivă este importantă pentru dezvoltarea sistemului vizual

Giulio Matteucci și Davide Zoccolan, cei doi neurologi care au demarat studiul de față, au analizat rolul experienței vizuale spontane, în special rolul continuității temporale a stimulilor vizuali. Această proprietate a experienței vizuale naturale este considerată fundamentală pentru maturizarea sistemului vizual prin modele teoretice care descriu matematic procesele de învățare biologică.

Pentru a testa această ipoteză, cercetătorii au expus zilnic două grupuri de rozătoare tinere, născute de curând, la medii vizuale diferite. Aceștia le-au arătat o serie de videoclipuri, fie în versiunea lor originală, fie după amestecarea aleatorie a cadrelor unice sau a imaginilor, distrugând astfel continuitatea temporală a experienței vizuale. 

La subiecții expuși acestui flux vizual discontinuu, autorii studiului au observat deteriorarea maturării unor așa-numite celule „complexe” ale cortexului vizual. Acești neuroni joacă un rol-cheie în procesarea vizuală: permit recunoașterea orientării conturului unui obiect, indiferent de poziția sa exactă în câmpul vizual, o abilitate perceptuală care a fost implementată doar de puțină vreme în sistemele de vedere artificială.

Aceste observații arată importanța experienței vizuale pasive pentru dezvoltarea sistemului vizual. De asemenea, rezultatele studiului indică faptul că formele învățării spontane stau la baza dezvoltării cel puțin a unei funcții vizuale elementare, în timp ce alte forme de învățare intră în joc abia mai târziu datorită dobândirii de abilități mai specifice și mai sofisticate.

Învățarea nesupravegheată ar putea contribui la îmbunătățirea sistemelor vizuale artificiale

Aceste rezultate au potențiale implicații clinice și tehnologice, după cum explică Zoccolan. În unele țări în curs de dezvoltare, există copii care suferă de cataractă congenitală, care, după intervenția chirurgicală pentru rezolvarea acestei probleme de sănătate, trebuie să-și dezvolte abilitățile de recunoaștere vizuală substanțial, de la zero. În prezent, unele abordări în ceea ce privește reabilitatea exploatează continuitatea temporală a stimulilor vizuali specifici (de exemplu, forme geometrice în mișcare) pentru a-i învăța pe acești pacienți să poată diferenția obiectele din câmpul vizual. 

Rezultatele acestui studiu, concluzionează cei doi autori, confirmă validitatea acestor abordări, relevând mecanismele neuronale din spatele acestora și sugerează posibile îmbunătățiri și simplificări. În plus, dezvoltarea sistemelor vizuale artificiale folosește în prezent tehnici de învățare „supravegheate”, care necesită utilizarea a milioane de imagini, pe când observațiile acestei noi cercetări sugerează că aceste metode ar trebui completate de cele „nesupravegheate”.

TE-AR MAI PUTEA INTERESA

Sursă foto: Shutterstock
Bibliografie:
Medical X-press - Vision: Observing the world during childhood affects the rest of life
https://medicalxpress.com/news/2020-05-vision-world-childhood-affects-rest.html
1. Studiul „Unsupervised experience with temporal continuity of the visual environment is causally involved in the development of V1 complex cells”, apărut în Science Advances  29 May 2020: Vol. 6, no. 22, eaba3742, DOI: 10.1126/sciadv.aba3742autori: Giulio Matteucci și Davide Zoccolan