深入探究人类视觉的机理

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：1981年的诺贝尔医学奖颁发给了David Hubel、Torsten Wiesel和Roger Sperry。图7-1可视皮层分级图1958年，David Hubel和Torsten Wiesel在约翰霍普金斯大学研究瞳孔区域与大脑皮层神经元的对应关系。经历了很多天反复枯燥的试验，David Hubel和Torsten Wiesel发现了一种被称为“方向选择性细胞”的神经元细胞。总的来说，人的视觉系统的信息处理是分级的，从最低级的区提取边缘特征，再到次低级区的形状或者目标的部分等，再到更高层，直到整个目标及目标的行为等。

深度学习之所以这么火，都是基于先辈们不懈努力取得的。

1981年的诺贝尔医学奖颁发给了David Hubel、Torsten Wiesel和Roger Sperry。前两位的主要贡献是“发现了视觉系统的信息处理”，可视皮层是分级的，如图7-1所示。

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图7-1　可视皮层分级图

1958年，David Hubel和Torsten Wiesel在约翰霍普金斯大学（John Hopkins University）研究瞳孔区域与大脑皮层神经元的对应关系。他们在猫的后脑头骨上，开了一个3 mm的小洞，向洞里插入电极，测量神经元的活跃程度。然后，他们在小猫的眼前，展现各种形状、各种亮度的物体。并且，在展现每一件物体时，还改变物体放置的位置和角度。他们期望通过这个办法，让小猫瞳孔感受不同类型、不同强弱的刺激。

之所以做这个试验，目的是去证明一个猜测——位于后脑皮层的不同视觉神经元，与瞳孔所受刺激之间，存在某种对应关系，一旦瞳孔受到某一种刺激，后脑皮层的某一部分神经元就会活跃。经历了很多天反复枯燥的试验，David Hubel和Torsten Wiesel发现了一种被称为“方向选择性细胞（orientation selective cell）”的神经元细胞。当瞳孔发现了眼前物体的边缘，而且这个边缘指向某个方向时，这种神经元细胞就会活跃。这个发现激发了人们对于神经系统的进一步思考。神经—中枢—大脑的工作过程，或许是一个不断迭代、不断抽象的过程，这里的关键词有两个：抽象、迭代，从原始信号，做低级抽象，逐渐向高级抽象迭代。人类的逻辑思维，经常使用高度抽象的概念，例如，从原始信号摄入开始（瞳孔摄入像素），接着做初步处理（大脑皮层某些细胞发现边缘和方向），然后抽象（大脑判定眼前物体的形状是圆形的），然后进一步抽象（大脑进一步判定该物体是只气球）。

这个生理学的发现，促成了计算机人工智能，在四十年后的突破性发展。总的来说，人的视觉系统的信息处理是分级的，从最低级的区提取边缘特征，再到次低级区的形状或者目标的部分等，再到更高层，直到整个目标及目标的行为等。也就是说高层的特征是低层特征的组合，从低层到高层的特征表示越来越抽象，越来越能表现语义或者意图。抽象层面越高，存在的可能猜测就越少，就越利于分类。例如，单词集合和句子的对应是多对一的，句子和语义的对应又是多对一的，语义和意图的对应还是多对一的，这是个层级体系。为了模拟和刻画深度学习网络，也采用分层的结构思想。

深入探究人类视觉的机理

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