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

Lue lisää uutisia

Nainen rannalla tuulisella säällä hymyilee, taustalla meri kuohuaa
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professori Ranja Hautamäki: ”Monimuotoinen kaupunkiluonto on keskeinen tekijä hyvinvoinnin ja hiilinielujen lisäämiseksi”

Maisema-arkkitehtuurin professori ratkoo ilmastonmuutoksen hillintää ja kaupunkiluonnon hiilinieluja koskevia kysymyksiä.
NASAn Curiosity-mönkijä kuvaama pölypyörre Marsin Gale-kraatterissa. Kuvankäsittely: Henrik Kahanpää. Alkuperäinen kuva: NASA / JPL-Caltech
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Marsin sää vaihtelee rajusti, mutta sen ilmasto ei ole muuttumassa

Väitöstutkimuksessaan Henrik Kahanpää myös kyseenalaistaa Marsin pölypyörteisiin liittyvän vallitsevan käsityksen. Tutkijana hän toivoo, että ihminen ei koskaan menisi Marsiin.
 Tutkimustyössä hyödynnetään Aalto-yliopiston radiokaiutonta huonetta Otaniemessä. Kuva: Aalto-yliopisto / Unto Rautio
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Uusi tohtorikoulutusohjelma keskittyy radioaaltojen energiatehokkuuteen

Nokian lahjoitus Aalto-yliopistolle kohdistuu tulevaisuuden matkaviestinjärjestelmiin ja erityisesti laitekehityksen tutkimukseen.
RDM & Open Science training
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkimusdatan hallinnan ja avoimen tieteen koulutukset keväällä 2023

Kaikille avoimien koulutusten ilmoittautuminen on avattu.