Kaip žmogaus smegenys stabilizuoja vaizdinę informaciją chaotiškame pasaulyje

Kaip žmogaus smegenys stabilizuoja vaizdinę informaciją chaotiškame pasaulyje

Ar kada nors bandėte naudotis išmaniojo telefono kamera kaip gyvą vaizdo ieškiklį ir laikyti ekraną priešais akis? Greitai besikeičiančių formų, spalvų ir judesio chaosas puikiai parodo, kokia sudėtinga gali būti žalių vaizdinių duomenų apdorojimo užduotis mūsų smegenims. Tačiau kasdienybėje mūsų rega išlieka stebėtinai sklandi ir stabili. Kas slypi už šio biologinio vaizdo stabilizavimo proceso?

Revoliuciniai tyrimai, paskelbti žurnale Science Advances Aberdyno bei Kalifornijos universiteto Berkeley mokslininkų, suteikia naujų žinių. Jų recenzuotoje studijoje pristatomas anksčiau nežinotas regos iliuzijos principas, leidžiantis mūsų smegenims filtruoti ir stabilizuoti gaunamą vaizdinę informaciją. Šis mechanizmas ne tik paaiškina, kaip mes suvokiame realybę, bet ir prisideda prie dirbtinio intelekto, kamerų bei vaizdo apdorojimo technologijų tobulėjimo.

15 sekundžių vizualus „buferis“: kodėl mūsų suvokimas atsilieka nuo tikrovės

Tyrimas rodo, kad vietoj kiekvienos akimirkos fiksavimo mūsų smegenys vidutiniškai apdoroja regimą informaciją apimdamos pastarąsias 15 sekundžių. Tai kuria iliuziją, kad aplinka yra nuosekli ir stabili – tarsi „išlyginant“ nuolatinį kintančių vaizdų srautą. Šis natūralus vaizdo buferis padeda išvengti galvos svaigimo ar pykinimo dėl intensyvių judesių kasdienybėje.

Kaip paaiškino tyrėjai „The Conversation“ straipsnyje: „Vietoje nuolatinio kiekvienos vaizdinės akimirkos analizavimo, mes suvokiame esamą momentą kaip praėjusių 15 sekundžių regimųjų duomenų vidurkį.“ Kitaip tariant, jūsų smegenys veikia kaip aukštos klasės vaizdo stabilizatorius, užtikrindamas vaizdo aiškumą ir tęstinumą.

Regimosios stabilumo iliuzijos tyrimas

Įsivaizduokite, kad sutelkiate žvilgsnį į tolimą objektą: nors akys užfiksuoja tą tašką, užkulisiuose vyksta gausybė mikrojudesių. Šis automatinis, giroskopą primenantis stabilizavimas yra labai veiksmingas. Nepaisant išorinių ar vidinių trikdžių – pokyčių apšvietime, netikėtų judesių ar perspektyvos pasikeitimų – regimi objektai išlieka pastovūs ir aiškūs.

Mokslininkai paaiškina, kad akys nuolat gauna kintančius, „triukšmo“ paveiktus vaizdus. Visgi mūsų suvokimas juos išlygina, todėl pokyčiai atrodo laipsniški, o ne staigūs. Būtent ši išlyginimo funkcija ir kyla iš įgimto vizualinio buferio.

Nuo neuromokslų iki šiuolaikinių technologijų

Šis atradimas padeda suprasti tokius reiškinius kaip aklumas pokyčiams (kai nepastebime pasikeitimų aplinkoje) ir nesąmoningas aklumas (kai netikėtus objektus praleidžiame dėl kitur nukreipto dėmesio). Šių efektų supratimas jau įkvėpė kurti skaitmeninio vaizdo stabilizavimo sprendimus, „triukšmo“ slopinimo algoritmus bei AI pagrįstas nuotraukų tobulinimo priemones išmaniųjų telefonų industrijoje.

Pagrindinis komandos dėmesys buvo serialinės priklausomybės (serijinės priklausomybės) fenomenui: smegenų polinkiui suvokti dabartį pagal ką tik užfiksuotą vizualinę informaciją. Serialinė priklausomybė leidžia mums nuosekliai prisitaikyti prie nuolat besikeičiančio pasaulio, sumažinant regimojo vaizdo staigumą bei trikdžius.

Teorijos testavimas: keičiamų veidų eksperimentas ir regimosios atminties ribos

Savo hipotezę mokslininkai tikrino eksperimente, kur dalyviams buvo rodomos sklandžiai senstančių ir jaunėjančių veidų sekos. Vertindami veido amžių, dalyviai nuolat atsiliko – jų sprendimai buvo paremti pastarųjų 15 sekundžių vaizdine informacija. Net ir padarius iki 15 sekundžių pertrauką, dalyvių suvokimas likdavo susietas su tuo, ką jie matė visai neseniai. Tai įrodo serialinės priklausomybės stabilumą.

Poveikis produktų funkcijoms ir technologijų kūrimui

Šiuolaikiniai skaitmeniniai produktai – ypač išmaniųjų telefonų kameros ir AR/VR įrenginiai – remiasi analogiškais vaizdo stabilizavimo ir duomenų išlyginimo principais, kad užtikrintų sklandžią vartotojo patirtį. Programiniai algoritmai imituoja žmogaus smegenų gebėjimą derinti vizualinius kadrus, sumažindami suliejimą ir drebėjimą, todėl vaizdas būna aiškesnis ir malonesnis akiai. Kai kuriuose įrenginiuose jau diegiami neuroninių tinklų sprendimai, kurie imituoja biologinį vizualinį buferį, išlaikant stabilumą net sudėtingomis sąlygomis.

Šis supratimas ypač reikšmingas kuriant pažangius papildytosios realybės akinius, autonominių automobilių vaizdo apdorojimo sistemas ir medicininius vaizdavimo įrankius – visas šias technologijas jungia poreikis valdyti ir analizuoti didelius nuolat kintančius vizualinius duomenis realiu laiku.

Privalumai ir taikymo pavyzdžiai

• Pagerintas vaizdo stabilumas: Pasitelkiant serialinės priklausomybės principus, skaitmeniniai įrenginiai leidžia kurti dar sklandesnius vaizdus ir vaizdo įrašus – nuo šeimos nuotraukų iki profesionalaus filmavimo.
• Optimizuoti algoritmai: Vaizdo redagavimo programos ir realaus laiko transliacijos platformos naudojasi triukšmo sumažinimu bei drebėjimo korekcija, kad žiūrovų patirtis būtų pastovesnė.
• Įtraukimas AR/VR aplinkose: Išplėstosios realybės platformos naudojasi šiomis neuromokslų žiniomis, kad sumažintų judesio ligą ir padidintų tikroviškumą.

Rinkos reikšmė ir ateities inovacijos

Augant vartotojų lūkesčiams dėl skaitmeninio turinio kokybės, neuromokslų žinių integravimas į vaizdo išlyginimą tampa vis svarbesnis. Prekės ženklai ir technologijų gamintojai, sugebantys sėkmingai imituoti žmogaus smegenų vaizdo apdorojimo algoritmus, įgauna konkurencinį pranašumą mobiliųjų įrenginių, pramogų ir dirbtinio intelekto vaizdavimo sistemų rinkose.

Kitą kartą žiūrėdami drebantį vaizdo įrašą iš savo telefono, prisiminkite: jūsų smegenys veikia kaip galinga vizualinė apdorojimo sistema, per milijonus metų išmokus stabilizuoti vaizdą — gebėjimą, kurį šiuolaikinės technologijos nuolat bando perkelti ir ištobulinti.