26. Изучение инвариантности зрительного восприятия с

ИЗУЧЕНИЕ ИНВАРИАНТНОСТИ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ
С ПОМОЩЬЮ ВЕЙВЛЕТОВ
С.В. Пронин, В.Н.Чихман, Ю.Е. Шелепин, Н. Фореман
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН
199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6, niv@pavlov.infran.ru
Известно, что нейроны зрительной коры с простыми рецептивными полями
реагируют на стимулы, спектры пространственных частот которых занимает полосы со
средней шириной 1.4 октавы (Шелепин Ю.Е. 1981, 1982, 1985; DeValois 1982; Tolhurst
D. J. 1982,). Каким должен быть стимул, воздействующий только на небольшую
группу нейронов с близкими пространственно-частотным характеристиками?
Очевидно, такой стимул должен иметь угловой размер, не превышающий размера
рецептивных полей данной группы нейронов, и его спектр должен лежать внутри
полосы пространственных частот, на которую реагируют эти нейроны. Этим
требованиям отвечают вейвлеты - функции, имеющие хорошую локализацию как в
пространственной, так и в частотной областях. В последнее время вейвлеты широко
применяются для исследования зрительного восприятия (D.J.Field 1999).
Диапазоны пространственных частот, в пределах которых нейроны реагируют
на стимулы, как правило, взаимно перекрываются. В результате, даже если спектр
стимула является оптимальным для данной группы нейронов, на него будут
реагировать также и другие нейроны, если их пространственно-частотные диапазоны
даже незначительно перекрываются со спектром данного стимула. Но если контраст
стимула близок к пороговому, этого не произойдет: для тех нейронов, для которых
спектр стимула лишь частично попадает в их пространственно-частотный диапазон,
уровень стимула будет подпороговым. Таким образом, можно достичь стимуляции
только тех нейронов, для которых данный стимул действительно является
оптимальным.
Данный подход используется в разработанной нами программе для синтеза
фрагментированных контурных изображений, построенных из цепочек вейвлетов. В качестве
элементов изображений в ней использованы DoG–функции, а также вейвлеты, представляющие
собой результат свертки DoG-функции с отрезком линии.
Синтезированные
фрагментированные изображения несложных по форме объектов (букв и цифр) предъявляются
в психофизических экспериментах в режиме Голлин-теста. Шаг между вейвлетами, как и их
угловой размер, могут задаваться. Перед проведением измерений для вейвлета данного размера
и типа методом вынужденного выбора определяется пороговый контраст, который
используется при построении фрагментированных изображений объектов. Нами были
проведены серии экспериментов по исследованию инвариантности зрительного восприятия при
распознавании контурных изображений при пороговом и надпороговом контрастах, а также
зависимости пороговой фрагментированности контуров от шага между вейвлетами. Работа
поддержана грантом РФФИ 09-07-00336
Литература
Шелепин Ю.Е.. Фильтрационные свойства рецептивных полей нейронов зрительной коры.
Доклады АН СССР, том 261, № 6,1981, стр. 1506-1509.
Шелепин Ю.Е..
Пространственно-частотные характеристики и ориентационная
избирательность рецептивных полей
нейронов
зрительной коры. Сб. «Переработка
информации в зрительной системе. Высшие зрительные функции». Наука, Л., 1982, стр.28-35.
Шелепин Ю.Е..
Колесникова Л.Н. Левкович Ю.И. Визоконтрастометрия (Измерение
пространственных передаточных функций зрительной системы). Моногр., Л., Наука, 1985.
104 стр.
Field D. J. Matched filters, wavelets and the statistics of natural scenes Journal of Optical Technology, Vol. 66,
Iss. 9, pp. 788–796, (1999)
369