Base Styles/Icons/lock/open Created with Sketch.

Tutkimus osoitti: Aivot havainnoivat ympäröivän tilan 100 millisekunnissa

Tutkimuksesta voi olla hyötyä konenäkösovelluksissa ja syvien neuroverkkojen kehitystyössä.
Karoliina Hellbergin maalaus Violet floor (time is up). Kuva: J. Tiainen.
Karoliina Hellbergin maalaus Violet floor (time is up). Kuva: J. Tiainen.

Aalto-yliopiston, Cambridgen ja Columbian yliopistojen tutkijat selvittivät tuoreessa tutkimuksessa, miten ympäröivän tilan, kuten liikkumista rajoittavien seinien, visuaalinen havaitseminen aivoissamme tapahtuu.

Erilaisia tilanäkymiä. Kuva: Linda Henriksson.
Erilaisia tilanäkymiä. Kuva: Linda Henriksson.

Tutkimukseen osallistuneille henkilöille näytettiin satunnaisessa järjestyksessä kaikkiaan noin sata erilaista tilavaihtoehtoa. 3D-mallintamisen avulla näkymästä poistettiin yksi tai useampi huoneen tilaelementeistä, esimerkiksi katto tai takaseinä. Tilanäkymä saattoi siis esittää huonetta, jossa oli kolme seinää, katto ja lattia, tai se saattoi olla pitkulainen näkymä huoneesta, josta oli poistettu katto ja takaseinä.

”Halusimme selvittää maisemiin ja tiloihin voimakkaasti reagoivien aivoalueiden rooleja ja työnjakoa sekä näkötiedon käsittelyn nopeutta. Havaitsimme, että aivot käsittelevät tilan rakenteeseen liittyvää tietoa todella nopeasti, vain sadassa millisekunnissa”, kertoo Aalto-yliopiston tutkija Linda Henriksson.

Aivoista noin viidesosa käsittelee pääasiassa näköaistin kautta tulevaa tietoa ympäristöstämme. Näkötiedon käsittely alkaa jo silmän verkkokalvolla, mutta lisäksi vaaditaan usean aivoalueen yhteistyötä. Tutkimus osoitti, että tilan rakenteen hahmottaminen tapahtuu takaraivolohkon voimakkaasti maisemille ja tiloille reagoivalla aivoalueella (occipital place area, OPA).

Tutkimus yhdisti kahta toisiaan täydentävää aivokuvantamismenetelmää. Toiminnallisen magneettikuvantamisen (fMRI) avulla voidaan paikantaa ne aivojen alueet, jotka reagoivat vahvasti tiloihin, ja magnetoenkefalografian (MEG) avulla voidaan seurata aivovasteiden ajallista käyttäytymistä. Kaikki aivokuvantamistutkimukset tehtiin Aalto-yliopiston tutkimuslaitteilla.

”Pystyimme tutkimuksessa aivovasteiden perusteella ennustamaan, mitkä tilaelementit olivat mukana kussakin esitetyssä tilanäkymässä. Näimme jo MEG-vasteiden varhaisissa vaiheissa vastaavat tulokset kuin toiminnallisella magneettikuvantamisella”, sanoo Linda Henriksson.

Tutkijat käyttivät 3D-mallintamisessa kolmea erilaista pintarakennetta eli tekstuuria ja havaitsivat, että aivojen aktivaatio takaraivolohkon aivoalueella ei juurikaan riippunut käytetystä tekstuurista.

Konenäkösovelluksia, 3D-virtuaaliympäristöjä ja syviä neuroverkkoja

Jatkossa tutkijat pyrkivät tuomaan lisää luonnollisuutta koeasetelmiin 3D-virtuaaliympäristöjen avulla. Tutkimus voi auttaa esimerkiksi konenäkösovellusten kehittämisessä.

”Ihmisen näköjärjestelmän eri kerrosten ja niiden järjestäytyneisyyden ymmärtäminen voi auttaa myös syvien neuroverkkojen kehittämisessä”, Linda Henriksson sanoo.

Syvät neuroverkot ovat tekoälyn oppimismenetelmä, ja ne perustuvat keinotekoisiin hermosoluihin, jotka muodostavat monikerroksisen neuroverkon.

”Haluamme kehittää konenäköjärjestelmiä, jotka nykyistä paremmin jäljittelevät aivojen toimintaa. Näissä järjestelmissä voisi olla erityistä koneistoa nopeasti havainnoimassa ympäristön geometriaa”, professori Nikolaus Kriegeskorte Columbian yliopistosta lisää.

Suomen Akatemia on rahoittanut tutkimusta, ja sen tekivät yhteistyössä Aalto-yliopiston, Cambridgen ja Columbian yliopistojen tutkijat Linda Henriksson, Marieke Mur ja Nikolaus Kriegeskorte.

Lisätietoja:

Artikkeli: Rapid invariant encoding of scene layout in human OPA

Linda Henriksson
tutkija
Aalto-yliopisto
puh. 050 437 1586
[email protected]

Lisää tästä aiheesta

Researchers Salmivaara and Kibler
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Paremman tulevaisuuden rakentaja vai oman edun ajaja? EU:n linjaus yrittäjien roolista kestävässä kehityksessä on epäselvä

Aalto-yliopiston tuore tutkimus osoittaa, että Euroopan unionin kestävän kehityksen politiikassa yrittäjyys merkitsee kolmea eri asiaa – jotka ovat keskenään myös ristiriidassa.
Aalto BIZ portaikkotaidekilpailun voittaja IC-98 Kuva: Marko Oikarinen
Kampus, Tiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Taiteilijaryhmä IC-98 voitti Kauppakorkeakoulun porrastaidekilpailun

Kilpailun voittanut ehdotus luo kiireisestä portaikosta hiljaisuuden vyöhykkeen.
Kauppakorkeakoulun rakennuksen julkinen taide Kuva: Mikko Raskinen
Kampus, Tiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Kauppakorkeakoulun julkisen taiteen kokoelma tutkii ihmisyyttä ja sen jännitteitä

Taiteen prosenttiperiaatetta noudattavan kokoelman teemana on Human Approach.
Aalto-yliopisto Töölö juhlasali Kuva: Aki-Pekka Sinikoski
Kampus, Tiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Kauppakorkeakoulun entisen päärakennuksen remontti alkaa

Helsingin Töölössä sijaitseva ikoninen rakennus remontoidaan ja se saa uuden nimen.