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为什么在一堆字母「T」里找「I」比在一堆字母「I」里找「T」要难?

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日报标题:猫头鹰告诉你,为什么你在一堆「T」里找不到「I」?

知乎用户,神经生物与行为学博士在读

最近恰好看到一篇文章用猫头鹰研究这一现象 [1]。

上图是实验的主要发现。A: 猫头鹰看到的图像,第一排数字是图像出现的顺序,红圈表示 B 中神经元的感受野(RF)。B: 视顶盖(Optic tectum, 类似于人脑中的上丘 / Superior Colliculus) 的神经元活动。第一行蓝色部分为当 RF 内是不常见刺激(oddball / target,竖线)时神经元的放电信号,红色则是常见刺激(distractor, 横线)时。虚线为刺激出现的时间。可以看到当不常见的刺激出现时,神经元的活动显著增加。这一增加的前提是该区域有“观看”常见刺激的历史。

作者提出的算法是这样的:

我们的眼睛时刻都在进行微小的运动(快速眼动,saccade),在眼睛一次快速运动的过程中,视网膜的每个区域都报告“现在的影像“和“刚才的影像”之间的区别。而与常见的刺激越不同的刺激,能够引起越大的区别。这是由于 stimulus-specific adaptation (SSA): 视觉细胞对不同刺激的适应(多次接受相同刺激后,对刺激反应的减少)程度不同。通过把注意力分配给报告最大区别的区域,就可以快速找到大量重复图案中的异常了(因为只有 oddball 所在的区域才会造成这种差异 - 当然每一个 oddball 会在两个地方造成变化)。

也就是说,在第一个任务中,所有看到 T 的区域,在看到 I 时就会报告一个变化。而又看到 T 时则不会。在第二个任务中,则是仅在看到 T 时报告与 I 不同。

那么不同任务之间的难易差别是来自哪里呢? 也许对于熟悉的刺激,SSA 会更有效——即使是单次刺激,对观看者来说是常见的刺激也已经可以引起 SSA,从而帮助更快找到熟悉图案中的 oddball。

不论如何,从 Optic Tectum 到人类视觉经验的推断是否合理似乎无从可知,但是在算法层面是说得通的。

[1] Dutta, A., Wagner, H., & Gutfreund, Y. (2016). Responses to Pop-Out Stimuli in the Barn Owl’s Optic Tectum Can Emerge through Stimulus-Specific Adaptation. Journal of Neuroscience, 36(17), 4876–4887.


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