Глубокие нейронные сети (DNN), которые были разработаны с учетом сетевых структур и операционных алгоритмов мозга, достигли заметных успехов в широком диапазоне областей, включая компьютерное зрение, в котором они дали результаты, сравнимые с в некоторых случаях превосходит экспертов-людей. В последние годы ожидается, что DNN будут полезны в качестве инструмента для изучения мозга.
Исследовательская группа под руководством доцента Эйдзи Ватанабэ из Национального института фундаментальной биологии успешно воспроизвела иллюзорное движение с помощью DNN, обученных предсказанию.
DNN основаны на теории предсказательного кодирования, которая предполагает, что внутренние модели мозга всегда предсказывают визуальный мир и что ошибки между предсказанием и фактическим сенсорным вводом дополнительно уточняют внутренние модели. Если теория в значительной степени воспроизводит обработку визуальной информации в мозгу, то можно ожидать, что DNN будут представлять визуальное восприятие движения человеком.
В этом исследовании DNN были обучены с использованием видеороликов естественной сцены движения с точки зрения зрителя, а способность прогнозирования движения полученной компьютерной модели была проверена с использованием вращающегося пропеллера в невыученных видеороликах и "Иллюзия вращающейся змеи." Компьютерная модель точно предсказала величину и направление движения вращающегося винта на неизученных видео. Удивительно, но он также представлял вращательное движение для иллюзионных изображений, которые не двигались физически, во многом как человеческое зрительное восприятие. Хотя обученная сеть точно воспроизводила направление иллюзорного вращения, она не обнаруживала компоненты движения на изображениях отрицательного контроля, на которых люди не воспринимают иллюзорное движение.
Доктор. Ватанабэ сказал, "Это исследование подтверждает захватывающую идею о том, что механизм, предполагаемый теорией предсказательного кодирования, является основой создания иллюзий движения. Ожидается, что глубокие нейронные сети, использующие сенсорные иллюзии в качестве индикаторов человеческого восприятия, внесут значительный вклад в развитие исследований мозга."
Эти результаты исследования были опубликованы в Frontiers in Psychology 15 марта. Это исследование было проведено как совместный исследовательский проект Национального института фундаментальной биологии, SOKENDAI (Высший университет перспективных исследований), Университета Рицумейкан, Национального института физиологических наук и Исследовательского бюро сакуры.