Tutkimus osoitti: Aivot havainnoivat ympäröivän tilan 100 millisekunnissa

Aalto-yliopiston, Cambridgen ja Columbian yliopistojen tutkijat selvittivät tuoreessa tutkimuksessa, miten ympäröivän tilan, kuten liikkumista rajoittavien seinien, visuaalinen havaitseminen aivoissamme tapahtuu.

Tutkimukseen osallistuneille henkilöille näytettiin satunnaisessa järjestyksessä kaikkiaan noin sata erilaista tilavaihtoehtoa. 3D-mallintamisen avulla näkymästä poistettiin yksi tai useampi huoneen tilaelementeistä, esimerkiksi katto tai takaseinä. Tilanäkymä saattoi siis esittää huonetta, jossa oli kolme seinää, katto ja lattia, tai se saattoi olla pitkulainen näkymä huoneesta, josta oli poistettu katto ja takaseinä.

”Halusimme selvittää maisemiin ja tiloihin voimakkaasti reagoivien aivoalueiden rooleja ja työnjakoa sekä näkötiedon käsittelyn nopeutta. Havaitsimme, että aivot käsittelevät tilan rakenteeseen liittyvää tietoa todella nopeasti, vain sadassa millisekunnissa”, kertoo Aalto-yliopiston tutkija Linda Henriksson.

Aivoista noin viidesosa käsittelee pääasiassa näköaistin kautta tulevaa tietoa ympäristöstämme. Näkötiedon käsittely alkaa jo silmän verkkokalvolla, mutta lisäksi vaaditaan usean aivoalueen yhteistyötä. Tutkimus osoitti, että tilan rakenteen hahmottaminen tapahtuu takaraivolohkon voimakkaasti maisemille ja tiloille reagoivalla aivoalueella (occipital place area, OPA).

Tutkimus yhdisti kahta toisiaan täydentävää aivokuvantamismenetelmää. Toiminnallisen magneettikuvantamisen (fMRI) avulla voidaan paikantaa ne aivojen alueet, jotka reagoivat vahvasti tiloihin, ja magnetoenkefalografian (MEG) avulla voidaan seurata aivovasteiden ajallista käyttäytymistä. Kaikki aivokuvantamistutkimukset tehtiin Aalto-yliopiston tutkimuslaitteilla.

”Pystyimme tutkimuksessa aivovasteiden perusteella ennustamaan, mitkä tilaelementit olivat mukana kussakin esitetyssä tilanäkymässä. Näimme jo MEG-vasteiden varhaisissa vaiheissa vastaavat tulokset kuin toiminnallisella magneettikuvantamisella”, sanoo Linda Henriksson.

Tutkijat käyttivät 3D-mallintamisessa kolmea erilaista pintarakennetta eli tekstuuria ja havaitsivat, että aivojen aktivaatio takaraivolohkon aivoalueella ei juurikaan riippunut käytetystä tekstuurista.

Konenäkösovelluksia, 3D-virtuaaliympäristöjä ja syviä neuroverkkoja

Jatkossa tutkijat pyrkivät tuomaan lisää luonnollisuutta koeasetelmiin 3D-virtuaaliympäristöjen avulla. Tutkimus voi auttaa esimerkiksi konenäkösovellusten kehittämisessä.

”Ihmisen näköjärjestelmän eri kerrosten ja niiden järjestäytyneisyyden ymmärtäminen voi auttaa myös syvien neuroverkkojen kehittämisessä”, Linda Henriksson sanoo.

Syvät neuroverkot ovat tekoälyn oppimismenetelmä, ja ne perustuvat keinotekoisiin hermosoluihin, jotka muodostavat monikerroksisen neuroverkon.

”Haluamme kehittää konenäköjärjestelmiä, jotka nykyistä paremmin jäljittelevät aivojen toimintaa. Näissä järjestelmissä voisi olla erityistä koneistoa nopeasti havainnoimassa ympäristön geometriaa”, professori Nikolaus Kriegeskorte Columbian yliopistosta lisää.

Suomen Akatemia on rahoittanut tutkimusta, ja sen tekivät yhteistyössä Aalto-yliopiston, Cambridgen ja Columbian yliopistojen tutkijat Linda Henriksson, Marieke Mur ja Nikolaus Kriegeskorte.

Linkki julkaisuun