Akik nem tudják megkülönböztetni a kígyót a perectől - az agyi képfeldolgozás titkai

Idegkutatók, pszichológusok és más szakemberek régóta igyekeznek megfejteni, hogyan dolgozza fel agyunk a szem retinájáról beérkezett képi információt. E rendkívül összetett és bonyolult folyamat megértésében egy különös betegségcsoport segíthet legtöbbet a kutatóknak. E betegségek tanulmányozásával az utóbbi évtizedekben sokat bővült tudásunk az agy ingerületfeldolgozó folyamatairól.

Egy egészséges ember számára föl se tűnik, milyen rendkívüli munkát végez agyunk a környezet képének feldolgozásakor. Teljesen természetesnek vesszük, hogy felismerjük a tárgyak alakját, színét, textúráját és más tulajdonságait akkor is, ha más megvilágításban látjuk őket, vagy bizonyos mértékig takarásban vannak, esetleg szokatlan szögből tekintünk rájuk. Agyunk a sosem látott tárgyak - például futurisztikus bútordarabok - felismerésével is megbirkózik. Pedig ha jobban belegondolunk, ez hatalmas teljesítmény agyunktól. Különösen akkor válik ez nyilvánvalóvá, ha valamilyen agyi sérülés miatt károsodik ez a képfeldolgozó rendszer.

Az észlelési rendszer különféle zavarait agnóziáknak hívjuk. Ezek a zavarok valamilyen született vagy szerzett agyi károsodás - főként szén-monoxid-mérgezés és agyvérzés - következtében lépnek fel. Az ilyen károsodásokban szenvedő betegeknek a legkülönfélébb érzékelési problémáik vannak. Bár az egyén számára nagy csapást jelentenek, a kutatók jórészt ezek segítségével fejtették meg, hogyan dolgozza fel agyunk az érzékszervekből beérkező jeleket. A következőkben a látásfeldolgozásról szerzett eddigi ismereteinket foglaljuk össze röviden.

Gestalt-alapelvek

A 20. század elején európai pszichológusok egyszerű kísérleteket végeztek normális látású emberekkel, és ezek alapján felállítottak néhány alapvető szabályt, amelyeket "Gestalt-alapelveknek" neveztek el. Így például az agy egy képpé egyesít két elemet, ha azok hasonlóan néznek ki, ugyanaz a színük, alakjuk vagy méretük. Másik ilyen alapelv, hogy ha egy tárgy nem minden része látható, akkor mentálisan kitöltjük a hézagokat (ez a "zártság elve").

A Gestalt-alapelvek szemléltetésére szolgáló ábra. Nézze meg alaposan a rajzot, és próbálja kitalálni, mit ábrázol! Az egészséges agy a kiegészíti a hiányzó részleteket és a foltokból is képes megalkotni a teljes képet (egy fa tövéhez közeledő, szaglászó dalmatát)

A Gestalt-alapelvek azonban csak részben tudják leírni a vizuális érzékelést. Megmagyarázzák, hogyan különítjük el a különböző tárgyakat egy képen, de nem tudnak magyarázatot adni arra, honnan tudjuk, mik ezek a tárgyak. Honnan tudjuk például egy csészéről, hogy az csésze, akár felülről, akár oldalról, akár fényben, akár árnyékban látjuk?

Az ilyen kérdések megválaszolásában nyújt nagy segítséget a kutatóknak a vizuális agnóziában szenvedő emberek vizsgálata. Marlene Behrmann, a pittsburgh-i Carnegie Mellon Egyetem pszichológusa korábban integrációs agnóziás betegeket tanulmányozott. Az ilyen emberek képtelenek egészként megnevezni az összetett tárgyakat, ehelyett szokatlan figyelmet fordítanak a tárgyak egyes részleteire. Az egyik személy például összetévesztette egy szájharmonika képét egy számítógépes billentyűzettel, valószínűleg azért, mert úgy gondolta, hogy a befúvónyílások a különböző billentyűknek felelnek meg. Mások egy polip képét keverték össze egy pókkal, illetve egy perecet kígyónak véltek.

Vizuális szótár az agyban

2006-ban Behrmann egyik betegét bevonta egy olyan vizsgálatba, ahol normál látású önkéntesekkel kellett azonos feladatokat megoldania. Minden alanynak egy sor háromdimenziós tárgyat mutattak a képernyőn. A tárgyak mindegyike két egyszerű geometriai alakzatból épült fel. Miután az összes képet megmutatták az önkénteseknek, néhány új tárggyal egészítették ki a sorozatot. A kísérleti alanyoknak azt kellett megmondaniuk, hogy látták-e korábban a tárgyakat vagy sem.

Míg a normális látású egyének majdnem 100 százalékos teljesítményt nyújtottak, Behrmann betege néhány érdekes hibát követett el. Akkor tudta, hogy nem látta a tárgyat korábban, ha az új részt tartalmazott, ha azonban ugyanazokból a részekből épült föl a tárgy, de más konfigurációban, akkor zavarba jött. Ezeket az ismert tárgyakat az esetek mintegy ötven százalékában eltévesztette.

Behrmann az eredményekből arra következtetett, hogy agyunk normális esetben egy sor kisebb építőelemből állítja össze a tárgyakat. Ezeket az elemeket "vizuális szótárunknak" nevezte. Ahhoz, hogy felidézzük egy tárgyról alkotott fogalmunkat, mentális térképet hozunk létre arról, ahogy ezek a részek összeilleszkednek. Ennél a fázisnál bukott meg a beteg. "A részekről jó képpel rendelkezik, de nem sikerül neki ezeket megfelelően összeraknia" - mondja Behrmann.

A vizuális agnóziák egyik típusa, amikor a beteg csak a tárgyak bizonyos részeit képes érzékelni

Behrmann munkássága segíthet pontot tenni a látáskutatók között régóta zajló vita végére. Az egyik elmélet szerint úgy értelmezzük a látottakat, hogy végigpörgetjük a korábban látott tárgyak elmebeli katalógusát, hogy megtaláljuk, amelyik a legjobban megfelel az aktuális képnek. Behrmann tanulmánya egy másik nézetet erősít: úgy emlékezünk egy tárgy jellegzetes formájára, mint néhány általános építőelemből álló konstrukcióra.

Valószínűleg gyorsabb megfeleltetni egy új tárgyat egy építőelem-szerkezetnek, mint végiglapozni az eddig látott összes tárgy minden egyes példáját, érvel Behrmann. Ráadásul az alapvető építőelemek és az alakzatuk feltehetőleg ugyanaz marad attól függetlenül, hogy különböző szögekből vagy különböző megvilágításban nézzük a tárgyakat, ami könnyebbé és egyértelműbbé teszi az összehasonlítást és a felismerést.

Tárgyfelismerés tanulással

A MIT (Massachusettsi Műszaki Egyetem) idegkutatói most megjelent tanulmányukban úgy vélik, hogy az agy a természetben szerzett sok tapasztalat révén oldja meg a tárgyfelismerés problémáját. Különösen igaz lehet ez a mozgó, állandóan más szögbe és más megvilágításba kerülő tárgyak esetében. A való világban a tárgyak általában nem változtatják meg hirtelen az azonosságukat, így a retinára gyors egymásutánban érkező két minta valószínűleg ugyanattól a tárgytól ered. A két minta bármely különbsége rendszerint azt jelenti, hogy a tárgy megváltoztatta a helyzetét, nem pedig azt, hogy felcserélődött egy másik tárggyal. Így tehát a gyors egymásutánban megjelenő képek társításának egyszerű megtanulásával az agy megtanulhatja a különböző szögekből, távolságból vagy fényviszonyok mellett nézett tárgyak felismerését is.

Moduláris felépítésű látórendszer

A mágneses rezonancia képalkotó eljárások (MRI) is megerősítik, hogy látórendszerünk moduláris felépítésű. Cristiana Cavina-Pratesi, az Egyesült Királyságbeli Durhami Egyetem pszichológusának ebben az évben publikált tanulmányából kiderül, hogy agyunk elkülönült területeken dolgozza fel az alakra, a texturára és a színre vonatkozó információt.

Saját tapasztalatunk mégis gyökeresen különbözik ettől. Amikor tudatosan nézünk valamit, mindezek az eltérő elemek észrevétlenül összeállnak, tehát azonnal tudjuk, hogy az alma sima, piros és kerek. Az, hogy miként valósítjuk ezt meg, áll a tudatos észlelés tanulmányozásának középpontjában. Az újabb kutatások szerint ebben nagy szerepet játszik az agyműködés tudattalan része.

Az utóbbi években az agyi érzékelési rendellenességek vizsgálatával sokat tudtunk meg arról, hogyan dolgozza fel agyunk a különféle érzékelési információkat. Behrmann azt reméli, hogy többféle érzéket kutatva hamarosan fény derül az érzéki észlelés általános törvényszerűségeire.

A New Scientist cikke nyomán