Forfattere
Visuel konstans er den afgørende mentale evne, hvormed vi genkender et objekt som det samme, selv om det ser anderledes ud. Hvis vi ikke havde visuel konstans, ville vi ikke kunne genkende objekterne omkring os, hvis vi så dem fra en anden vinkel, i en anden belysning eller på afstand. På grund af visuel konstans ved vi, at et dyr er en elefant, uanset om vi ser den forfra eller fra siden. Tror du, at en computer kan gøre det samme? Mange typer smarte computere, såsom smartphones og selvkørende biler, bruger også en version af visuel konstans til at fungere i den virkelige verden. Mange cybersikkerhedsværktøjer, som CAPTCHA, udnytter det faktum, at mennesker er meget bedre end robotter til opgaver, der kræver visuel konstans. Visuel konstans er en tillært færdighed, og en bedre forståelse af den hjælper os med at skabe smartere maskiner, herunder mobiltelefoner.
Se på figur 1A. Hvilke to billeder er af det samme æble, set fra to forskellige vinkler, og hvilket er et andet æble? Din hjerne kan identificere, hvilket der er hvilket, selvom æblets form, belysning og position er lidt forskellig fra det ene billede til det næste [1]. Det skyldes en evne i hjernen, som kaldes visual constancy, vi bruger visuel konstans til at genkende objekter fra forskellige synsvinkler og vinkler (figur 1B, C). Visuel konstans gælder også for ændringer i et objekts størrelse, belysning og afstand.
Visuel konstans kan inddeles i forskellige typer afhængigt af de visuelle signaler og de involverede forskelle, såsom størrelse, lysstyrke og form (se her). Størrelseskonstans indebærer, at man genkender to objekter som de samme, selv når de er forskellige størrelser, baseret på perspektiv. For eksempel ser en hund, der går ned ad gaden mod dig (figur 2A), ud som om den vokser i størrelse. Men takket være størrelseskonstansen ved din hjerne, at hunden bare kommer tættere på. Lysstyrkekonstans, også kendt som belysningskonstans, er, når belysningen ændrer sig, men du ved, at objektet ikke har ændret sig. Når man for eksempel fortæller spøgelseshistorier, kan historiefortælleren lyse med en lommelygte på sit ansigt nedefra (figur 2B), men man kan stadig genkende ham. Formkonstans er, når du forstår, at objektet er det samme, selv om det ser ud til at ændre form – for eksempel når det ses fra en anden synsvinkel (figur 2C).
Visuel konstans har mange navne afhængigt af det videnskabelige område, og hvem der studerer det. Inden for datalogi kalder forskere det objektinvarians. Andre forskere kalder det objektkonstans eller perceptuel konstans [2]. Perceptuel konstans gælder for alle vores sanser (inklusive syn, hørelse og berøring), mens visuel konstans kun gælder for synssansen. Perceptuel konstans hjælper os med at erkende, at objekter fortsætter med at eksistere, selv når de ikke kan ses, høres eller føles [3].
Perceptuel konstans er vigtig i dagligdagen. Det skyldes, at selv når objekterne omkring os forbliver de samme, ændrer den information, vores hjerner modtager om dem, sig hele tiden (se her). Hvis vi ikke havde perceptuel konstans, ville alle aspekter af vores liv blive påvirket: Vi ville ikke kunne genkende vores kære, hvis vi så dem fra en anden vinkel, eller vi ville ikke kunne genkende dem, hvis de var forkølede og lød anderledes. Vi ville stadig kunne se, føle og lytte til genstande eller lyde, men vi ville ikke være i stand til at forstå dem. Den visuelle verden omkring os ville ikke have nogen mening, fordi vi ikke ville kunne genkende en stol eller et æble, hvis disse genstande bevægede sig i rummet, eller hvis belysningen i rummet ændrede sig. Uden perceptuel konstans ville vi derfor slet ikke være i stand til at fungere i den virkelige verden!
Hvis du læser dette, har du visuel konstans. Men det er ikke en færdighed, vi er født med – den skal læres. Hvordan ved vi, at vi ikke er født med en fuldt udviklet visuel konstans? Det ved vi blandt andet fra mennesker, der er født blinde og senere i livet får synet tilbage ved en operation. I sin bog An Anthropologist on Mars fortæller den berømte hjernelæge Oliver Sacks historien om mange af disse mennesker (se her). Efter at have fået synet tilbage, havde disse mennesker fungerende øjne, men kunne ikke forstå, hvad de så. De havde lært at læse, genkende genstande og navigere ved hjælp af deres andre sanser. Deres andre sanser, såsom hørelse og berøring, havde perceptuel konstans, men disse mennesker manglede visuel konstans. Da de fik synet tilbage, var de nødt til at lære visuel konstans, fordi deres hjerner ikke havde udviklet denne færdighed. De kunne ikke genkende ting, hvis de bevægede sig eller blev set under forskellige forhold, fordi de var afhængige af berøring i stedet for synet.
Undersøgelser af raske spædbørn har også været med til at bevise, at perceptuel konstans ikke er medfødt, men tillært. Når man leger kik-kik med et nyfødt barn, tror det, at man forsvinder, når man gemmer sig bag hænderne. Den berømte schweiziske psykolog Jean Piaget (1896-1980) viste først, at når babyer er omkring 2 år gamle, har de et fuldt udviklet koncept for objektpermanens eller konceptet om, at objekter bliver ved med at eksistere, selv når de forsvinder ud af syne (se her). Senere forskning har vist, at babyer begynder at udvikle objektpermanens omkring 3-5 måneder efter fødslen.
Vi forstår endnu ikke helt, hvordan hjernen lærer eller implementerer visuel konstans (se her). Vi ved, at hjerneområder i nærheden af tindingerne, kaldet fusiform gyrus hjælper os med at genkende ansigter fra mange forskellige vinkler, men vi ved, at gyrus fusiformus gør dette ved at samarbejde med andre regioner i mange dele af hjernen.
Computerforskere har nogle ideer om, hvordan hjernen kan lære visuel konstans. En af idéerne er, at hjernen observerer, hvordan billedet af et givent objekt i øjet ændrer sig over tid. Forestil dig, at du tager et billede, hver gang du blinker. Din hjerne gemmer disse billeder og sammenligner det, du ser lige nu, med det, du så for et øjeblik siden. Din hjerne kan foretage mange af den slags sammenligninger for at forstå, hvordan objekter ændrer sig i dit synsfelt.
Ligesom mennesker har brug for konstans for at fungere i den virkelige verden, smarte computere som smartphones eller selvkørende biler – har også brug for konstans. Før de trænes til at være intelligente, er intelligente computere som mennesker, der har fået synet tilbage: De har et fungerende visuelt system, men kan ikke finde mening i det, de ser. Computerforskere skal lære disse computere, hvordan de genkender objekter i den virkelige verden.
For at træne disse computere til at genkende et objekt, giver computerforskere computerne mange eksempler på billeder eller videoer af objektet. For at hjælpe en selvkørende bil med at genkende et stopskilt, giver forskerne for eksempel bilens computer et stort antal billeder af stopskilte fra mange vinkler eller afstande og under forskellige lysforhold. På den måde lærer bilen, hvordan et stopskilt ser ud under så mange forhold i den virkelige verden som muligt. Det vil sige, at bilen opnår visuel konstans for et stopskilt. Denne proces med maskinlæring gentages for at lære bilen om de mange andre objekter, den sandsynligvis vil støde på, såsom andre vejskilte, trafiklys, fodgængere eller andre køretøjer (figur 3A, B; se her). At lære forskellige objekters konstans hjælper også computeren med at skelne objekter fra hinanden, som f.eks. et stopskilt vs. et trafiklys.
Ligesom vores eksempel med mennesker, der tager snapshots i tankerne, leder computere efter de vigtige træk ved et objekt for at identificere det. Jo flere synsvinkler en computer har, jo bedre kan den identificere objekter. Det samme gælder for mennesker. Hvis vi så en statue, ville vi have lettere ved at genkende den, hvis vi kunne gå rundt om den og observere alle dens træk. Det virker indlysende, men det var først, da computerforskerne begyndte at udvikle intelligente computere, at hjerneforskerne så denne sammenhæng.
Kriminelle kan nogle gange bruge smarte computere til at overvælde en hjemmeside. Computerforskere udnytter den perceptuelle konstans til at overliste et sådant misbrug af smarte computere. Hvis du nogensinde har forsøgt at få adgang til en hjemmeside, men er blevet mødt af en barriere, der beder dig om at bevise, at du ikke er en robot, har du mødt dette forsvar. Sådanne barrierer kaldes CAPTCHA (figur 3C). CAPTCHA står for “completely automated public Turing test to tell computers and humans apart”. CAPTCHA virker, fordi hver gang du beviser, at du er et menneske – enten ved at identificere det billede, den beder dig om at vælge, eller ved at stave slørede, sammenblandede ord med bogstaver og tal – demonstrerer du, at du har en bedre perceptuel konstans end en computer!
Menneskers svar på CAPTCHA-tests bruges igen til at træne intelligente computere til bedre at genkende billeder og tekst. Efterhånden som intelligente computere bliver bedre til at genkende billeder og tekst, må CAPTCHA-testene blive sværere, så kun mennesker kan bestå dem (se her). Så næste gang CAPTCHA giver dig gadeskilte eller veje at identificere, er du måske med til at forbedre selvkørende biler. Hvor sejt er det lige?
Forskere studerer hjernen for at lære mere om, hvordan mennesker fungerer og opfører sig. At forstå, hvordan vi bruger visuel konstans, hjælper os med at forklare, hvordan vores hjerner giver mening til verden omkring os. Uden visuel konstans ville vi være ude af stand til at genkende og interagere med verden, vi ville være nødt til at genlære hvert eneste ansigt og objekt, vi møder. Desuden kan forståelsen af visuel konstans være med til at gøre computere smartere og mere nyttige, fordi de bedre kan bearbejde det, de ser, og hjælpe dem med at træffe beslutninger. Vi kan bruge det, vi ved om hjernen, til at lave mere intuitive computere, der kan arbejde for og sammen med mennesker. Med computere, der kan lære og fungere uden konstant overvågning fra menneskelige operatører, kan computere erstatte menneskelige opgaver som at køre bil, læse billeder og overvåge.
Hjernen og computere har ligheder. Når forskere forsøger at skabe bedre computere, stiller de vigtige spørgsmål om, hvordan vores egne hjerner fungerer. Når vi lærer mere om, hvordan vores hjerner interagerer med verden, lærer vi noget om os selv, og hvordan vi kan udvikle systemer, der er næsten lige så gode som os til visse opgaver!
Visuel konstans: Den mentale evne til at genkende et visuelt objekt som det samme, selv når det ser anderledes ud. Visuel konstans er en form for perceptuel konstans (se nedenfor).
Visuelle signaler: Specifikke træk, som mennesker bruger til visuelt at identificere objekter.
Perceptuel konstans: Den mentale evne til at genkende et objekt ved hjælp af en eller flere sanser som det samme, selvom det kan se anderledes ud.
Objektpermanens: Den indlærte mentale evne, hvormed vi genkender et objekt, forsvinder ikke, når det forsvinder ud af syne.
Gyrus fusiformis: Det hjerneområde, der er specialiseret i opfattelsen af ansigter, ligger nær kæben på begge sider.
Intelligente computere: Teknologi, der kan bruge erfaring til at lære og forbedre ydeevnen.
Maskinlæring: Videnskaben om at skabe og bruge intelligente computere. Kaldes nogle gange kunstig intelligens.
[1] Backus, B., Bulthoff, H., Huebner, G., Langer, M. og Wallis, G. 2009. Læring af belysning og orienteringsinvariante repræsentationer af objekter gennem tidsmæssig tilknytning. J. Vis. 9:6. doi: 10.1167/9.7.6
[2] Vuilleumier, R., Henson, R., Driver, J. og Dolan, R. 2002. Flere niveauer af visuel objektkonstans afsløret af begivenhedsrelateret fMRI af gentagelsespriming. Nat. Neurosci. 5:nn839. doi: 10.1038/nn839
[3] Hegdé, J. 2018. Neurale mekanismer for syn på højt niveau. Compr. Physiol. 8:903-53. doi: 10.1002/cphy.c160035
Mennesker har lavet musik i titusinder af år. Men hvad sker der i din hjerne, når du lytter til dit yndlingsband eller din yndlingsmusiker? I denne artikel følger du lydens rejse fra ørerne til hjernen, hvor forskellige områder arbejder sammen, mens du lytter til musik. Musik involverer mange hjernefunktioner, såsom lydbehandling, hukommelse, følelser og bevægelse. Du vil også opdage, at hjernen kan lære at genkende velkendte mønstre i musik, hvilket kan hjælpe med at forklare, hvorfor musik kan gøre os glade, triste eller endda ophidsede. Til sidst vil du udforske, hvad der sker i musikeres hjerner, når de spiller på deres instrumenter.
…
Kunstig intelligens (AI) systemer bliver ofte rost for deres imponerende præstationer inden for en lang række opgaver. Men mange af disse succeser skjuler et fælles problem: AI tager ofte genveje. I stedet for virkelig at lære, hvordan man udfører en opgave, bemærker den måske bare enkle mønstre i de eksempler, den har fået. For eksempel kan en AI, der er trænet til at genkende dyr på fotos, stole på baggrunden i stedet for selve dyret. Nogle gange kan disse genveje føre til alvorlige fejl, såsom en diagnose fr , der er baseret på hospitalsmærker i stedet for patientdata. Disse fejl opstår selv i avancerede systemer, der er trænet på millioner af eksempler. At forstå, hvordan og hvorfor AI tager genveje, kan hjælpe forskere med at designe bedre træningsmetoder og undgå skjulte fejl. For at gøre AI mere sikker og pålidelig skal vi hjælpe den med at udvikle en reel forståelse af opgaven – ikke bare gætte ud fra mønstre, der har fungeret tidligere.
…
Er du nogensinde faldet og slået hovedet, mens du legede? Følte du dig lidt svimmel og havde ondt i hovedet? Hvis ja, kan du have fået en hjernerystelse! Hjernerystelser kan ske hvor som helst. De kan ske under sport, når du leger med dine venner eller endda når du cykler med dine forældre. Det kan være svært at vide, om du har fået en hjernerystelse. Mange børn og forældre er ikke sikre på, hvad de skal gøre, hvis nogen får en hjernerystelse. Læger og forskere ved, at det hjælper dig med at komme dig hurtigere, hvis du gør det rigtige efter en hjernerystelse. Denne artikel forklarer, hvad en hjernerystelse er. Den hjælper dig med at se, om du eller en ven har fået en hjernerystelse, og fortæller dig, hvad du skal gøre, hvis du nogensinde får en hjernerystelse.
…
Hjertet er en meget vigtig muskel, der arbejder uafbrudt for at pumpe blod og levere vigtige næringsstoffer og ilt til alle dele af kroppen. Denne artikel ser på, hvordan hjertet fungerer normalt, og hvad der sker, når det fungerer unormalt, som det er tilfældet med en tilstand kaldet atrieflimren (AF). AF er en almindelig tilstand, der opstår, når hjertet slår uregelmæssigt og ude af takt. AF kan øge en persons risiko for at udvikle alvorlige problemer som hjertesvigt eller slagtilfælde. Denne artikel ser også på, hvordan AF kan diagnosticeres, hvad der forårsager AF, og de forskellige måder, det kan behandles på.
…