Fonte original: Follow-up NextQuestion
Fonte da imagem: Gerado por Unbounded AI
Quando vemos dois conjuntos de grades de linha um ao lado do outro, ligeiramente desalinhados um com o outro, parece que uma linha que realmente não existe aparece em nossas mentes. Esta linha parece dobrar-se e estender-se entre dois conjuntos de linhas reais (Figura 1C).
Figura 1: Variante de alucinação raster escalonada. A: Vasarely (1970), B: Vasarely’ Zebres (1939), C: Clássica ilusão de ralo escalonado. Fonte: Vasarely*
Um arranjo tão simples pode criar um efeito visual surpreendente, que chamamos de The abutting grating illusion. O que é ainda mais interessante é que quando o número dessas linhas aumenta, nossa perceção de alucinações também se torna mais forte.
Há também duas ilusões de difusão de néon que também são interessantes:
A Ilusão de Ehrenstein e a Ilusão de Wallin. Na alucinação de Ehrenstein, um conjunto de linhas radiais se estende para fora. A direção externa da linha é escura, enquanto a parte que se reúne em direção ao centro é clara. Se você focar seu olhar no centro da linha, a parte clara do interior parece que se espalha para a área escura circundante, formando um círculo translúcido.
Figura 2: A alucinação de Ehrenstein, onde um padrão retilíneo retilíneo que para em um ponto específico aparece mais brilhante no centro do que no fundo, criando a ilusão de um círculo. Fonte: Wikipedia
A ilusão de Wallin consistia em círculos em quatro cantos, uma parte de cada círculo era de cor mais clara e as outras eram pretas. Quando olhamos para estes círculos, as partes de cor clara parecem difundir-se em direção ao centro, acabando por formar um quadrado translúcido.
Figura 3: Alucinação valin, onde a parte mais brilhante ou escura do centro se espalha em direção ao centro, eventualmente formando um quadrado translúcido. Fonte: Perceção
Mecanismo de Algoritmo de Perceção de Contorno Virtual
Os cientistas propuseram uma variedade de teorias para explicar o mecanismo algorítmico da perceção de contorno virtual desencadeada por essas alucinações.
Algumas escolas acreditam que é a supressão lateral da cor que realça o contraste e faz com que as pessoas percebam linhas virtuais. Por exemplo, quando um neurônio é excitado pelo brilho, ele suprime os neurônios nas áreas mais escuras ao seu redor, o que faz com que as áreas brilhantes pareçam mais brilhantes e as áreas escuras pareçam mais escuras. O cérebro pode interpretar erroneamente o aumento do contraste como um contorno e linha distintos[1] [2]。 Outra teoria sugere que isso pode ser devido a funções cerebrais superiores, tais como suplementação cerebral através do conhecimento e memória. Quando nossos cérebros comparam as imagens que vemos com representações passadas, eles podem sentir que certos elementos estão faltando, então eles automaticamente “completam” essas partes ausentes, formando uma perceção de contornos virtuais [3]。 Há também muitas teorias, como a de que concussões nervosas podem combinar características fragmentadas para formar uma perceção de características que não existem [4]O fator de ampliação cortical trata cuidadosamente o campo visual central e, assim, exagera as características de certos estímulos, por exemplo …
A inibição lateral :* um mecanismo de sinalização de justaposição conservado que impulsiona a formação de uma variedade de padrões finos, como manchas e bordas listradas em tecidos inicialmente quase homogêneos durante o desenvolvimento da maioria dos organismos (Ref. 9)
Quanto ao mecanismo neurofisiológico da perceção do contorno virtual, embora os cientistas tenham feito muitas pesquisas, ainda existem muitas controvérsias. Um dos modelos concorrentes sugere que este mecanismo neurofisiológico ocorre no córtex visual inferior (V1/V2) e depois afeta o córtex superior de baixo para cima, enquanto o outro sugere que este processo primeiro se localiza no córtex superior, principalmente no córtex occipital lateral (LOC), e depois afeta V1/V2 de cima para baixo[5] 。
Para a ilusão de difusão de cores neon, alguns estudos sugerem que V3 e V4 têm um impacto considerável nos fenômenos de preenchimento de cores relacionados à forma[6] [7]; Ao mesmo tempo, existem alguns estudos que sugerem que a atividade cortical associada à aparência da cor resultante do enchimento induzido pela borda ou cromaticidade superficial uniforme está associada a padrões complementares de atividade no fluxo visual dorsal (V3A e V3B/KO) e ventral (V3v, hV4 e LO). (Figura 4).
Figura 4: Várias regiões e vias funcionais no córtex visual. Fonte: Ref. 7.
Embora essas teorias forneçam alguma explicação para os mecanismos algorítmicos e fisiológicos das alucinações, ainda não está claro como essas alucinações visuais são representadas na mente, e parece impossível verificá-las.
Quando vemos alucinações, será que realmente as “vemos”?
Podemos realmente ter certeza de que estamos usando “alucinações” para caracterizar os estímulos que causam alucinações?
Reconstruindo imagens alucinatórias
Um artigo recente publicado na Science Advances testou os dois tipos de alucinações visuais mencionados acima e reconstruiu com sucesso imagens de linhas e cores consistentes com a experiência alucinatória, demonstrando a eficácia do modelo na materialização de experiências subjetivas[8] 。
▷Figura 1: Capa do artigo. Fonte: Referência 8
No experimento, os pesquisadores pediram a 7 indivíduos para visualizar três ou mais imagens de alucinação visual e suas imagens de controle correspondentes e imagens de controle positivo. **Para cada ilusão, a imagem de controle foi alterada. Por exemplo, a imagem de controle da ilusão raster intercalada reduz muito a densidade da cerca, a imagem de controle da alucinação de Ehrenstein, na qual a extremidade da cauda da linha que originalmente causou a alucinação é mais leve, enquanto a imagem de controle positivo muda o centro radiante da linha para um círculo de luz, e a imagem de controle da alucinação de Wallin remove a parte preta do estímulo alucinatório (o indução visual original), enquanto a imagem de controle positivo muda a parte central para um quadrado de cor mais clara (veja a Figura 5 para detalhes).
As imagens piscaram a uma frequência de 0,625 Hz por 8 segundos cada e foram repetidas 20 vezes cada. Durante todo o experimento, a ressonância magnética funcional (fMRI) foi usada para registrar a atividade cerebral enquanto os participantes assistiam às imagens.
Figura 5: A coluna esquerda da Figura A é o estímulo que induz a alucinação, e a coluna direita da Figura A é o estímulo controle correspondente ao estímulo que induz a alucinação. A primeira linha da Figura A é uma alucinação raster escalonada, a segunda linha da Figura A é uma alucinação de Ehrenstein e a terceira linha da Figura A é uma alucinação de Wallin. A Figura B mostra o processo de treinamento de uma DNN usando imagens naturais. A Figura C mostra a atividade cerebral mostrada nos dados de RMf de decodificação da DNN como as características do estímulo e o processo pelo qual o gerador gera uma imagem com base nos resultados da decodificação da DNN. Fonte: Ciência
Em seguida, os pesquisadores fMRI coletado dados cerebrais foram alimentados em uma rede neural profunda treinada (DNN) para decodificação. Este DNN é uma variante do AlexNet, o modelo BAIR/BVLC CaffeNet, projetado por Alex Krizhevsky, diretor da Open AI. Esta é uma rede neural convolucional usando um algoritmo de propagação direta que foi pré-treinado para classificar 1.000 objetos no banco de dados de imagens ImageNet.
** Os resultados mostraram que as imagens reconstruídas a partir das representações mentais de estímulos alucinatórios exibiram propriedades alucinatórias. Em contraste, imagens reconstruídas diretamente da natureza do estímulo em si não exibem propriedades alucinatórias. Isto também mostra que a natureza da alucinação reconstruída a partir da representação mental não é construída pela natureza e processamento da DNN, mas pela natureza da própria representação mental (ver Figura 6).
Figura 6: A coluna mais à esquerda é a imagem do estímulo. A segunda coluna à esquerda é uma imagem da DNN reconstruída a partir dos dados da própria imagem do estímulo na coluna mais à esquerda. As Figuras 3-6 são representações mentais reconstruídas a partir da atividade cerebral gerada pela imagem de estímulo mais à esquerda do Sujeito 1. As Figuras 7-10 são representações mentais reconstruídas a partir da atividade cerebral gerada pelas imagens de estímulo mais à esquerda dos dois pares. As linhas 1-3 da Figura 1-3 são imagens da ilusão de gradil escalonado. A primeira linha é sobre a ilusão de gradil escalonado de duas colunas de matrizes de gradagem dispostas ao longo de 90 graus, a segunda linha é sobre a ilusão de gradil escalonado de duas colunas de gradil dispostas ao longo de 45 graus, e a terceira linha é sobre o controle da ilusão de gradil escalonado. As linhas 4-7 são todas imagens das alucinações de Ehrenstein. A quarta e sexta linhas são sobre a alucinação de Ehrenstein, quatro tem 8 cordas e seis tem 4 linhas. As linhas 5 e 7 lidam com o controle da alucinação de Ehrenstein, com cinco tendo 8 linhas e sete tendo 4 linhas. As linhas 8-9 da Figura 8-9 são imagens das alucinações de Wallin. O oitavo ato é uma alucinação Wallin, e o nono ato é controlador. Fonte: Ciência
**O estudo é único na medida em que as imagens são decodificadas a partir de dados de todo o córtex visual registrado na RMf, e que as representações mentais reconstruídas geralmente mostram características que são mais alucinatórias na natureza do que o estímulo em si. **
No caso das alucinações raster entrelaçadas, a linha ilusória no estímulo alucinatório parece ser muito mais pronunciada do que as linhas cobertas por qualquer estímulo em si, enquanto as representações mentais reconstruídas a partir do estímulo controle não indicam isso, no caso das alucinações de difusão de cor neon, na alucinação de Ehrenstein, a parte de difusão de cor é muito maior do que na seção de controle, na alucinação de Wallin, embora o estímulo controle ainda mostre o contorno da forma de difusão, a parte de difusão de cor ainda é muito maior do que na parte controle. Além disso, o controle do estímulo em si é projetado apenas para inibir a difusão da cor em vez do contorno da forma, portanto, no caso da alucinação de Wallin, a propriedade alucinatória é mais forte do que o estímulo na representação mental, e essa propriedade ainda é válida.
Quantificando a Ilusão da Reconstrução
A intensidade das alucinações não se reflete apenas nas imagens reconstruídas, mas também pode ser quantificada através de uma variedade de métodos. Este artigo fornece uma análise quantitativa detalhada da intensidade das alucinações nas representações mentais produzidas por alucinações escalonadas e estímulos alucinatórios de difusão de néon.
Os pesquisadores usaram a Transformada de Radônio para analisar as propriedades alucinatórias da ilusão de grade escalonada, ou seja, a intensidade das linhas virtuais entre as grades. **Como um método amplamente utilizado para analisar dados radiográficos, a transformada de Ladong pode reconstruir matematicamente a forma do objeto original a partir dos valores integrais (por exemplo, densidade, massa, etc.) obtidos projetando o objeto de todas as direções, enquanto apenas a descrição lateral pode ser conhecida. **
Neste estudo, a transformada de Ladong é aplicada à análise de imagens, e a direção principal da distribuição de linha no gráfico reconstruído é obtida somando os “valores de pixel” obtidos pela projeção da imagem de todas as direções. Experimentos mostraram que, para todos os dados sobre o córtex visual na RMf, as direções predominantes nas imagens reconstruídas mostram uma distribuição bimodal, na qual cerca de 61,1% das direções predominantes estão mais próximas da direção predominante da alucinação do que da direção induzida visualmente.
É evidente no gráfico que os valores absolutos verticais na distribuição bimodal na direção principal da imagem reconstruída são maiores e mais agrupados do que aqueles nos valores absolutos transversais. À medida que o número de grades (linhas) nos estímulos alucinatórios diminui, o valor absoluto vertical começa a diminuir em relação ao valor absoluto transversal dentro da distribuição bimodal da direção principal na imagem reconstruída do estímulo por representação mental, e o valor absoluto transversal é significativamente maior do que o valor absoluto vertical no estímulo controle. **Este resultado apoia a teoria de que uma redução no número de grades (linhas) reduzirá o grau de alucinação. **
Ao mesmo tempo, a direção principal da área de concentração alucinatória está próxima da direção principal da imagem reconstruída, enquanto a direção principal da área de não-alucinação (a área onde a indução visual está concentrada principalmente) não está perto da direção principal da imagem reconstruída. Isto prova que a área em que as alucinações estão localizadas na imagem reconstruída está entre os dois conjuntos de grades tal como percebidas (ver Figura 7B, C, D, E).
Figura 7: A Figura A ilustra o processo da transformação de Ladong. A Figura B mostra que 61,1% das direções principais do quadro reconstruído estão mais próximas da direção principal das alucinações em relação à direção principal induzida. A Figura C mostra que a direção principal do escore de estímulo está significativamente mais próxima da direção principal de indução. A Figura D mostra que quanto menor o número de linhas, mais próxima a direção principal da imagem está da direção principal do incentivo. A Figura E mostra que a direção principal da área de concentração alucinatória também está próxima da direção principal da imagem reconstruída A Figura F mostra a representação mental reconstruída a partir dos dados extraídos de diferentes áreas do córtex visual, e V1-V3 é mais alucinatória. Fonte: Ciência
Os pesquisadores também usaram a regressão linear para analisar a natureza alucinatória das alucinações de Ehrenstein e Wallin, ou seja, o grau em que a cor se difunde para fora (formando um plano translúcido) das linhas dadas pelo estímulo. Eles construíram um “mapa de vermelhidão” baseado nos valores RGB dos pixels em cada imagem, respectivamente, para as imagens reconstruídas de representações mentais alucinatórias, representações mentais de controle e representações mentais de controle positivo, bem como para as imagens de estímulo e imagens alucinatórias subjetivas esperadas.
Em seguida, os pesquisadores tentaram ajustar o mapa de vermelhidão da representação mental com um mapa de vermelhidão do estímulo e da alucinação subjetiva esperada. As alucinações e estímulos subjetivos esperados têm cada um um coeficiente (β1 e β2) para se ajustar, e esses coeficientes representam seus respetivos pesos em representações mentais reconstruídas. Ou seja, quanto mais partes reconstruírem a parte vermelha da representação mental, maior será o coeficiente β1. Isso ocorre porque apenas as alucinações subjetivas que são mais vermelhas no momento da perceção têm uma proporção maior das alucinações subjetivas que fazem as representações mentais parecerem mais vermelhas (ver Fig. 8C, D, G, F).
Os resultados da regressão linear mostraram que, com base em todos os dados sobre o córtex visual da RMf, os coeficientes subjetivos de alucinação de ambos os estímulos que provocaram alucinações difusas de cor neon foram maiores do que os do estímulo controle e menores do que os do estímulo controle positivo. No entanto, o coeficiente subjetivo de alucinação da alucinação de Walling, embora maior do que o do controle, foi significativamente menor do que o da alucinação de Ehrenstein (ver Fig. 8E, F, I, J).
Figura 8: A Figura A ilustra a alucinação de Ehrenstein, com seu controle e controle positivo em diferentes regiões do córtex visual. O painel B ilustra a alucinação de Wallin, a representação do seu controlo e controlo positivo em diferentes regiões do córtex visual. O painel C mostra como a regressão linear é calculada comparando as alucinações de Ehrenstein e o gráfico de vermelhidão sob seu controle. O Painel D mostra como é calculada a regressão linear das alucinações de Wallin contrastantes e o mapa de vermelhidão que controlam. O Painel E mostra a proporção das propriedades alucinatórias das alucinações de Ehrenstein em relação às propriedades das alucinações de controlo em cada região do córtex visual. A Figura F mostra a proporção das propriedades alucinatórias das propriedades alucinatórias de Wallin em relação às propriedades alucinatórias de controle nas várias regiões do córtex visual. O painel G mostra como a regressão linear é calculada para comparar o alucinante de Ehrenstein com seu gráfico de vermelhidão positivamente controlado. O painel H mostra como é calculada a regressão linear das alucinações de Wallin contrastantes e dos seus gráficos de vermelhidão positivamente controlados. A Figura I mostra a proporção das propriedades alucinatórias das alucinações de Ehrenstein em cada região do córtex visual em relação às propriedades alucinatórias do controle positivo. A Figura J mostra a proporção das propriedades alucinatórias de Wallin em cada região do córtex visual em relação às propriedades alucinatórias do controle positivo. Fonte: Ciência
Área visual correspondente a alucinações
Os pesquisadores não só reconstruíram a representação mental das alucinações em todo o córtex visual, mas também reconstruíram as representações psicológicas das alucinações em cada região visual específica do córtex.
Estas regiões visuais estão organizadas em ordem do meio e a jusante para os confins superiores da via visual (funcionamento primário para superior), incluindo o córtex visual primário (V1), o córtex visual secundário (V2), o córtex visual terciário (V3), o córtex visual quaternário (V4), o complexo do lobo occipital lateral (LOC), o giro fusiforme (FFA) e a região parahipocampal (PPA).
Figura 4: Diagrama de várias regiões e vias funcionais no córtex visual. Fonte: Ref. 7.
Depois de extrair dados de fMRI de diferentes regiões do córtex visual e decodificar e reconstruir as representações mentais, respectivamente, os pesquisadores descobriram que, para alucinações raster escalonadas, as propriedades alucinatórias eram refletidas principalmente em V1 a V3 apenas das imagens, e as propriedades alucinatórias e estímulos em V4 e regiões acima não eram claras. Depois de quantificar as principais direções de reconstrução da imagem em cada região, os pesquisadores descobriram que a natureza alucinatória atingiu o pico entre V2 e V4 em todo o domínio da imagem, e o pico entre V1 e V3 no domínio da concentração alucinatória. Estes resultados sugerem que a caracterização das linhas se concentra principalmente na região visual inicial (Figura 7F).
Ao lidar com alucinações de difusão de cor neon, o córtex visual emprega diferentes estratégias. O estudo mostrou que a natureza alucinatória da alucinação de Ehrenstein foi significativamente refletida em cada área do córtex visual, o que foi consistente com a representação da natureza cor de néon do estímulo positivamente controlador em cada região do córtex visual, enquanto a natureza alucinatória da alucinação de Walling foi apenas significativamente refletida na área do córtex visual em V4 e acima, enquanto a natureza de cor neon do estímulo positivamente controlador também foi significativamente refletida em V2 e V3. Combinado com os resultados de que o coeficiente de alucinação subjetiva da alucinação de Wallin foi menor do que o da alucinação subjetiva da alucinação de Ehrenstein, isso indica que, mesmo que a natureza da alucinação seja a mesma, diferentes configurações de indução causarão diferentes métodos de processamento de informações no córtex visual. **
Quando temos alucinações visuais, é a influência de cima para baixo do córtex visual primário das regiões mais altas para baixo para construir as alucinações, ou é causada pelo córtex visual primário de baixo para cima afetando as regiões superiores? Embora este artigo apresente apenas as representações previstas nas teorias anteriores de outra perspetiva, em vez de tentar construir uma relação causal entre a atividade cerebral e a natureza das alucinações, sua apresentação vívida ainda nos fornece algumas pistas sobre como a experiência subjetiva é ativa no cérebro.
Obviamente, não podemos simplesmente usar uma região do cérebro para reconstruir toda a experiência alucinatória, e as pistas induzidas terão um impacto no mecanismo da mesma experiência alucinatória. Parece que é necessário um quadro teórico mais completo para compreender o complexo mecanismo das alucinações.
Da próxima vez que vir aquelas deslumbrantes imagens alucinatórias, poderá pensar nas alucinações construídas por estes modelos, no maravilhoso concurso “avançado vs. principiante” que pode estar a desenrolar-se no seu cérebro, e depois sorrir e maravilhar-se com a maravilha da cognição.
Referências:
[1] . Elliott, S. L., & Shevell, S. K. (2013). “A segmentação percebida do centro a partir do entorno por apenas contornos ilusórios causa inibição lateral cromática.” Este estudo sugere que contornos ilusórios podem invocar o antagonismo espacial centro-surround para alterar a aparência da cor, indicando um locus neural cortical para inibição lateral
[2] . Pak A, Ryu E, Li C, Chubykin AA. O feedback de cima para baixo controla a representação cortical de contornos ilusórios no córtex visual primário do rato. J Neurosci. 15 de janeiro de 2020; 40(3):648-660. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1998-19.2019. EPub 2019 dez 2. PMID: 31792152; PMCID: PMC6961994.
[3] . Murray MM, Herrmann CS. Contornos ilusórios: uma janela para a neurofisiologia da construção da perceção. 2013 set; 17(9):471-81. DOI: 10.1016/j.tics.2013.07.004. EPub 2013 6 de agosto. PMID: 23928336.
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[5] . J. F. Knebel, M. M. Murray, Para uma resolução de modelos conflitantes de processamento de contorno ilusório em humanos. Neuroimagem 59, 2808–2817 (2012).
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