Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

How we see objects in depth: The brain's code for 3-D structure

29.10.2008
A team of Johns Hopkins University neuroscientists has discovered patterns of brain activity that may underlie our remarkable ability to see and understand the three-dimensional structure of objects.

Anzeige

Computers can beat us at math and chess, but humans are the experts at object vision. (That's why some Web sites use object recognition tasks as part of their authentication of human users.)


It seems trivial to us to describe a teapot as having a C-shaped handle on one side, an S-shaped spout on the other and a disk-shaped lid on top. But sifting this three-dimensional information from the constantly changing, two-dimensional images coming in through our eyes is one of the most difficult tasks the brain performs. Even sophisticated computer vision systems have never been able to accomplish the same feat using two-dimensional camera images.

The Johns Hopkins research suggests that higher-level visual regions of the brain represent objects as spatial configurations of surface fragments, something like a structural drawing. Individual neurons are tuned to respond to surface fragment substructures. For instance, one neuron from the study responded to the combination of a forward-facing ridge near the front and an upward-facing concavity near the top. Multiple neurons with different tuning sensitivities could combine like a three-dimensional mosaic to encode the entire object surface. An article describing these findings appears in the November issue of Nature Neuroscience, available online here: http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.2202.html.

"Human beings are keenly aware of object structure, and that may be due to this clear structural representation in the brain," explains Charles E. Connor, associate professor in the Zanvyl Krieger Mind-Brain Institute at The Johns Hopkins University.

In the study, Connor and a postdoctoral fellow, Yukako Yamane, trained two rhesus monkeys to look at a computer monitor while 3-D pictures of objects were flashed on the screen. At the same time, the researchers recorded electrical responses of individual neurons in higher-level visual regions of the brain. A computer algorithm was used to guide the experiment gradually toward object shapes that evoked stronger responses.

This evolutionary stimulus strategy let the experimenters pinpoint the exact 3-D shape information that drove a given cell to respond.

These findings and other research on object coding in the brain have implications for treating patients with perceptual disorders. In addition, they could inform new approaches to computer vision. Connor also believes that understanding neural codes could help explain why visual experience feels the way it does, perhaps even why some things seem beautiful and others displeasing.

"In a sense, artists are neuroscientists, experimenting with shape and color, trying to evoke unique, powerful responses from the visual brain," Connor said.

As a first step toward this neuroaesthetic question, the Connor laboratory plans to collaborate with the Walters Art Museum in Baltimore to study human responses to sculptural shape. Gary Vikan, the Walters' director, is a strong believer in the power of neuroscience to inform the interpretation of art.

"My interest is in finding out what happens between a visitor's brain and a work of art," said Vikan. "Knowing what effect art has on patrons' brains will contribute to techniques of display -- lighting and color and arrangement -- that will enhance their experiences when they come into the museum."

The plan is to let museum patrons view a series of computer-generated 3-D shapes and rate them aesthetically. The same computer algorithm will be used to guide evolution of these shapes; in this case, based on aesthetic preference.

If this experiment can identify artistically powerful structural motifs, the next step would be to study how those motifs are represented at the neural level.

"Some researchers speculate that evolution determines what kinds of shapes and such our brains find pleasing," Vikan said. "In other words, perhaps we are hard-wired to prefer certain things. This collaboration with the Mind-Brain Institute at Johns Hopkins could help us begin to understand that in more depth."

Lisa DeNike | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.jhu.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Newly discovered breast milk antibodies help neutralize HIV
23.05.2012 | Duke University Medical Center

nachricht Scientists unravel role of fusion gene in prostate cancer
23.05.2012 | New York- Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center/Weill Cornell Medical College

Alle Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Licht lässt Partikel wachsen - Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre


Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.

Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.

Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...

Im Focus: Abschreckung: Tabak signalisiert angreifenden Zikaden Verteidigungsbereitschaft


Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen

Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...

Im Focus: Erbgutkopie reist im Protein-Koffer


Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...

Im Focus: Mikroben kennen nur eine Konstante: Veränderung!


Ein neuer Sonderforschungsbereich (SFB) an der Philipps-Universität geht der einzigartigen Fähigkeit von Mikroorganismen auf den Grund, sich ständig an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den SFB 987 mit dem Titel "Mikrobielle Diversität in der umweltabhängigen Signalantwort" in den kommenden vier Jahren mit voraussichtlich mehr als sieben Millionen Euro.

„Die erfolgreiche Beantragung des neuen Sonderforschungsbereichs belegt einmal mehr die exzellenten wissenschaftlichen Leistungen im Bereich der Mikrobiologie am Standort Marburg“, erklärt Professor Dr. Frank Bremmer, der Marburger Uni-Vizepräsident für Forschung. „Die Einrichtung des SFB wird Marburgs Stellung als zentraler Ort der mikrobiologischen Forschung festigen und deren internationale Sichtbarkeit weiter erhöhen.“ ...

Im Focus: Schnelles Korallensterben


Erosion in tropischen Küstenregionen führt zum schnellen Tod der Korallen

Die Farbigkeit, Vielfalt und Exotik der tropischen Korallenriffe fasziniert viele Menschen weltweit. Und doch sind es die Folgen unserer Zivilisation, die dieses fragile Ökosystem bedrohen durch Klimaerwärmung, Sauerstoffmangel und Ozeanversauerung. Fortschreitende Industrialisierung, Waldrodungen und intensive Landwirtschaft in küstennahen Gebieten führen zu Erosion und verändern die Lebensbedingungen im Meer dramatisch.

Jetzt ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Komplexität beherrschen

23.05.2012 | Energie und Elektrotechnik

Nano-Müll lässt sich nicht verbrennen

23.05.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Nea Kameni volcano movement captured by Envisat

23.05.2012 | Geowissenschaften

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

Jeder Mensch ist anders - Nutzen der individualisierten Medizin

23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

14th Leibniz Conference of advanced science „Sensorsysteme 2012“

23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Exklusive Kontakte beim Investforum

23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp