Individuato modello innovativo per lo studio della visione

Individuato modello innovativo per lo studio della visione

Credits immagine di copertina: Marco Gigante

Nuove strade per lo studio della visione sia dal punto di vista neurobiologico che per lo sviluppo tecnologico dei sistemi di visione artificiale: questo il risultato chiave di una ricerca della SISSA, svolta in collaborazione con l’IIT di Rovereto e pubblicata sulla rivista scientifica eLife. In particolare lo studio mostra per la prima volta che il meccanismo di elaborazione progressiva del segnale visivo alla base del riconoscimento degli oggetti nell’uomo è simile a quello nel ratto, ampliando in questo modo il ventaglio di tecniche sperimentali (dalla genetica, alla biologia molecolare, all’elettrofisiologia) applicabili allo studio della visione.

«Gli esseri umani riescono a riconoscere un viso o un oggetto in poche decine di millisecondi, nonostante questi possano apparire, sulla nostra retina, in un numero infinito di modi diversi, a causa di variazioni di luminosità, dimensione, orientamento e posizione nel campo visivo. Questa capacità, nota come riconoscimento visivo invariante, è una delle proprietà fondamentali della visione di alto livello ed è dovuta all’elaborazione progressiva del segnale visivo attraverso una specifica sequenza di aree visive corticali.»

spiega Davide Zoccolan, direttore del laboratorio di neuroscienze visive della SISSA e responsabile della ricerca.

«Con questo lavoro abbiamo dimostrato l’esistenza di un processo di elaborazione simile nei roditori, presupposto fondamentale per studiare i circuiti neuronali sottostanti facendo uso di un ampio spettro di tecniche sperimentali: molecolari, genetiche, elettrofisiologiche ecc. già d’impiego in questi animali»

Il laboratorio di Zoccolan aveva già dimostrato con studi comportamentali come i roditori fossero in grado di eseguire compiti di riconoscimento visivo di alto livello:

«In questo nuovo studio abbiamo registrato l’attività di centinaia di neuroni appartenenti a quattro diverse aree visive corticali, da quella più esterna, la corteccia visiva primaria, a quella più profonda, durante una sequenza precisa di stimoli visivi»

continua il neuroscienziato.

«Gli stimoli consistevano in una sequenza di 380 immagini ottenute riproponendo 10 oggetti distinti in 38 rappresentazioni, diverse in base alla luminosità, all’orientamento o alla dimensione. Gli oggetti sono stati scelti per fornire una ampio spettro di caratteristiche visive. Alcuni erano riproduzioni digitali di oggetti reali, come un viso o un telefono; altri erano oggetti astratti utilizzati precedentemente negli studi comportamentali. Ogni immagine è stata presentata per 250 millisecondi, tempo più che sufficiente per il riconoscimento di oggetti.»

I segnali registrati sono complessi e difficili da analizzare e per questo è stata fondamentale la collaborazione con Stefano Panzeri , direttore del laboratorio di computazione neuronale all’IIT di Rovereto e tra i massimi esperti nello sviluppo di algoritmi per la comprensione del codice neuronale derivanti dalla teoria dell’informazione e dell’apprendimento automatico.

«Abbiamo osservato che spostandosi dall’area corticale più esterna a quella più profonda si perde l’informazione relativa alla luminosità e al contrasto. Invece il segnale diventa sempre più invariante per trasformazioni del singolo oggetto e sempre più discriminante dell’identità degli oggetti, in analogia a quanto avviene nei primati»

conclude Zoccolan.

«Si tratta di un risultato importante – come dimostrato dall’articolo di approfondimento che la rivista eLife ha pubblicato a commento del nostro lavoro – che apre nuove strade per lo studio della visione di alto livello e del suo sviluppo, così come per l’evoluzione dei sistemi di visione artificiale.»

Sorgente: comunicato stampa da SISSA