מידע נכנס מהרשתית מנותב לשני מסלולים במערכת הראייה של המוח: כזה שאחראי לעיבוד צבע ופירוט מרחבי עדין, ואחרת המעורבת בלוקליזציה מרחבית וגילוי תדרים זמניים גבוהים. מחקר חדש מ- MIT מספק חשבון לאופן שבו שני מסלולים אלה עשויים להיות מעוצבים על ידי גורמים התפתחותיים.
לילודים בדרך כלל יש חדות ראייה לקויה וראיית צבע ירודה מכיוון שתאי חרוט הרשתית שלהם אינם מפותחים היטב בלידה. המשמעות היא שתחילת החיים הם רואים תמונות מטושטשות ומופחתות בצבע. צוות ה- MIT מציע כי ראייה מטושטשת ומוגבלת צבע כזו עשויה לגרום לתאי מוח מסוימים המתמחים בתדרים מרחביים נמוכים וכוונון צבע נמוך, המתאימים למערכת המגנולולרית כביכול. מאוחר יותר, עם ראייה משופרת, התאים עשויים להתאים לפרטים עדינים יותר ולצבע עשיר יותר, בקנה אחד עם המסלול האחר, המכונה המערכת הפרוו -תאי.
כדי לבחון את ההשערה שלהם, החוקרים אימנו מודלים חישוביים של ראייה על מסלול קלט הדומה למה שתינוקות אנושיים מקבלים בשלב מוקדם של החיים-תמונות באיכות נמוכה בשלב מוקדם, ואחריהן תמונות צבעוניות מלאות וחדות יותר. הם גילו כי מודלים אלה פיתחו יחידות עיבוד עם שדות קבלת פנים המציגים דמיון מסוים לחטיבת המסלולים המגנולולריים והפרוווצאליים במערכת הוויזואלית האנושית. דגמי ראייה שהוכשרו רק על תמונות באיכות גבוהה לא פיתחו מאפיינים כה מובחנים.
הממצאים מרמזים על תיאור מכניסטי של הופעת ההבחנה של Parvo/Magno, שהיא אחד העקרונות המארגנים העיקריים של המסלול הוויזואלי במוח היונקים. "
פוואן סינהא, פרופסור MIT למדעי המוח והקוגניטיביות והמחבר הבכיר של המחקר
MIT POSTDOCS MARIN VOGELSANG ו- LUKAS VOGELSANG הם מחברי המחקר המובילים, המופיע היום בכתב העת Journal ביולוגיה של תקשורתו סידני דיימונד, סניף מחקר של MIT, וגורדון פיפא, פרופסור לנוירואינפורמטיקה באוניברסיטת אוסנברוק, הם גם מחברי העיתון.
קלט חושי
הרעיון שתשומות חזותיות באיכות נמוכה עשויה להועיל להתפתחות צמחה ממחקרים של ילדים שנולדו עיוורים אך בהמשך שוחזרו ראייתם. מאמץ מהמעבדה של סינהא, פרויקט פרקאש, הוקרן וטיפל באלפי ילדים בהודו, שם צורות הפיכות של אובדן ראייה כמו קטרקט נפוצות יחסית. לאחר שחזור ראייתם, רבים מהילדים הללו מתנדבים להשתתף במחקרים בהם סינהא ועמיתיו עוקבים אחר התפתחותם הוויזואלית.
באחד המחקרים הללו, החוקרים מצאו שילדים שהסירו קטרקט הוציאה הציגו ירידה ניכרת בביצועי זיהוי האובייקטים כאשר הוצגו לילדים תמונות בשחור לבן, בהשוואה לצבעוניות. ממצאים אלה הובילו את החוקרים להשערת כי הפחתת קלט צבע מאפיין של התפתחות טיפוסית מוקדמת, רחוק מלהיות מפריע, מאפשר למוח ללמוד לזהות אובייקטים גם בתמונות שהיו מרוששות או העבירו צבעים.
"שלילת הגישה לצבע עשיר בתחילת הדרך נראית אסטרטגיה עוצמתית לבנות בחוסן לשינויים בצבע ולהפוך את המערכת לחזקה יותר מפני אובדן צבע בתמונות", אומר סינהא.
במחקר זה, החוקרים גם מצאו שכאשר מודלים חישוביים של ראייה הוכשרו בתחילה על תמונות בגווני אפור, ואחריהן תמונות צבעוניות, יכולתם לזהות חפצים הייתה חזקה יותר מזו של דגמים שהוכשרו רק על תמונות צבעוניות. באופן דומה, מחקר אחר מהמעבדה מצא כי דגמים ביצעו טוב יותר כאשר הוכשרו תחילה בתמונות מטושטשות, ואחריהן תמונות חדות יותר.
כדי לבנות על ממצאים אלה, צוות ה- MIT רצה לחקור מה יכול להיות ההשלכות של שתי התכונות הללו – צבע וחדות ראייה – להיות מוגבלות כבר בתחילת הפיתוח. הם שיערו כי מגבלות אלה עשויות לתרום להתפתחות המסלולים המגנולולריים והפרוווצאליים.
בנוסף להיותו מכוונים מאוד לצבע, לתאים במסלול הפרוו -תאי יש שדות קטנים קטנים, כלומר הם מקבלים קלט מאשכולות קומפקטיים יותר של תאי גנגליון רשתית. זה עוזר להם לעבד פרטים נאים. תאים במסלול המגנולולרי מאגרים מידע על אזורים גדולים יותר, ומאפשרים להם לעבד מידע מרחבי גלובלי יותר.
כדי לבחון את ההשערה שלהם כי התקדמות התפתחותית עשויה לתרום לסלקציות של תאי מגנו ופרבו, החוקרים אימנו מודלים בשתי קבוצות תמונות שונות. מודל אחד הוצג עם מערך נתונים סטנדרטי של תמונות המשמשות להכשרת דגמים לסיווג אובייקטים. מערך הנתונים האחר תוכנן לחקות בערך את הקלט שמערכת הראייה האנושית מקבלת מלידה. נתונים "ביומימטיים" אלה מורכבים מתמונות ברזולוציה נמוכה, בגווני אפור במחצית הראשונה של האימונים, ואחריהן תמונות צבעוניות ברזולוציה גבוהה במחצית השנייה.
לאחר הכשרת המודלים, החוקרים ניתחו את יחידות העיבוד של המודלים – צמתים בתוך הרשת הדומים מסוימים לאשכולות התאים המעבדים מידע חזותי במוח. הם גילו כי המודלים שהוכשרו על הנתונים הביומימטיים פיתחו תת קבוצה מובחנת של יחידות המגיבות במשותף לתשומות בתדר דל צבע נמוך-מרחבי, בדומה למסלול המגנולולרי. בנוסף, מודלים ביומימטיים אלה הציגו קבוצות של יחידות דמויי פרוו-תאי הטרווגניים יותר המותאמים בעיקר לתדרים מרחביים גבוהים יותר או לאותות צבע עשירים יותר. הבחנה כזו לא הופיעה בדגמים שהוכשרו על צבע מלא, תמונות ברזולוציה גבוהה מההתחלה.
"זה מספק תמיכה מסוימת לרעיון ש"התאם" שאנו רואים במערכת הביולוגית יכול להיות תוצאה של סוגי התשומות הזמינות בו זמנית בפיתוח רגיל ", אומר לוקאס ווגלסנג.
זיהוי אובייקטים
החוקרים גם ביצעו בדיקות נוספות כדי לחשוף באילו אסטרטגיות המודלים המיומנים באופן שונה השתמשו במשימות זיהוי אובייקטים. באחד, הם ביקשו מהדגמים לקטלג תמונות של חפצים שבהם הצורה והמרקם לא תואמים – למשל, חיה עם צורת החתול אלא מרקם של פיל.
זוהי טכניקה שחוקרים בתחום השתמשו בכדי לקבוע באילו תכונות תמונה משתמש מודל כדי לקטלג אובייקטים: הצורה הכוללת או המרקמים העדינים. צוות ה- MIT מצא כי דגמים שהוכשרו על קלט ביומימטי היו בעלי סיכוי גבוה יותר להשתמש בצורת האובייקט כדי לקבל את ההחלטות הללו, בדיוק כמו שבני האדם בדרך כלל עושים. יתר על כן, כאשר החוקרים הסירו באופן שיטתי את היחידות הדומות למגנו-תאי מהדגמים, הדגמים איבדו במהירות את הנטייה שלהם להשתמש בצורה כדי ליצור סיווג.
במערכת ניסויים אחרת, החוקרים אימנו את הדגמים בסרטונים במקום תמונות, המציגה מימד זמני. בנוסף לרזולוציה מרחבית נמוכה ורגישות צבעונית, המסלול המגנולולרי מגיב לתדרים זמניים גבוהים, ומאפשר לו לאתר במהירות שינויים במיקום של אובייקט. כאשר הוכשרו דגמים על קלט וידיאו ביומימטי, היחידות המוכנות ביותר לתדרים זמניים גבוהים היו אכן אלה שהציגו גם תכונות דמויי מגנו-תאי בתחום המרחבי.
בסך הכל, התוצאות תומכות ברעיון כי קלט חושי באיכות נמוכה בשלב מוקדם של החיים עשוי לתרום לארגון מסלולי עיבוד חושיים של המוח, אומרים החוקרים. הממצאים אינם שוללים מפרט מולד של מסלולי המגנו והפרבו, אלא מספקים הוכחת עקרון כי חוויה חזותית במהלך ההתפתחות יכולה גם היא למלא תפקיד.
"הנושא הכללי שנראה שהוא מתגלה הוא שההתקדמות ההתפתחותית שאנו עוברים מובנית בקפידה מאוד על מנת לתת לנו סוגים מסוימים של מיומנויות תפיסתיות, וייתכן שיש לו גם השלכות מבחינת ארגון המוח", אומר סינהא.
המחקר מומן על ידי המכונים הלאומיים לבריאות, מרכז סימונס למוח החברתי, האגודה ליפן לקידום המדע והקרן למדע יאמאדה.
