Uutiset

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]

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Elektronit monistuvat vauhdilla UV-valon törmätessä nanorakenteeseen. Kuva: Wisa Förbom
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aallossa kehitetty musta valoanturi ylitti ensimmäisenä maailmassa 100 prosentin hyötysuhteen

Hyötysuhde oli niin hyvä, että tutkijat eivät ensin olleet itsekään uskoa sitä. Siksi ennätystulos vahvistettiin myös Euroopan tarkimmista mittauksista vastaavassa Saksan kansallisessa metrologian instituutissa PTB:ssä. Aallosta ponnistanut ElFys Oy toimittaa jo ennätysantureita prosessiteollisuuden tarpeisiin.
Saara Saarela at the set of the movie Guardian of Water. Photo: Gabriela Urm © Bufo 2020
Tiedotteet Julkaistu:

Saara Saarela ohjaa Veden vartija -suurtuotannon

Emmi Itärannan kansainvälisesti menestyneeseen romaaniin perustuvan Veden vartija -elokuvan ohjaa Saara Saarela, joka toimii tällä hetkellä myös Aalto-yliopiston elokuvaohjauksen professorina.
Heikko kirkastuma, kuva: Metsähovin radiotutkimusasema
Tiedotteet Julkaistu:

Uusi tutkimus: Rauhallinen Aurinko on paljon aktiivisempi kuin luulimme

Rauhallista Aurinkoa on tutkittu huomattavasti vähemmän kuin aktiivista Aurinkoa.
Pohjoisen ikirouta-alueen vehreää kasvillisuutta. Kuva: Ive van Krunkelsven
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ikiroudan sulaminen voi lisätä kasvihuonepäästöjä luultua enemmän – syynä kasvien juurten vauhdittama lisähajotusilmiö

Lisähajotusilmiö voi yksinään johtaa jopa 40 miljardin hiilitonnin vapautumiseen ikiroudasta vuoteen 2100 mennessä.