Tag Archive '大腦'

Posted by Mr. Thursday 恭喜新年好!今天要和各位介紹的,是有關我們天天都會使用的視覺。視覺是非常重要的,有視覺是非常幸福的一件事。在資訊科學裡面,如何讓電腦也可以看到圖片、看懂圖片,目前也仍舊是一個困難的問題,但也是可以有許多應用的問題。之前在MMDays上面的文章就曾經介紹過電腦視覺的相關應用,譬如說以圖找圖、超影像連結(hyper video link)、AdSense for video、CAPTCHA、以及無人車比賽等等。 有這麼多應用急待電腦視覺來解決,但是有些解答,或許可以從生物模型上面得到靈感。因此,這篇文章就把過去曾經介紹過的視覺路徑整理起來,從一開始的視網膜、到中繼站的LGN、到大腦皮質的第一站V1、以及之後兩條路徑裡面處理物體移動資訊的MT、和今天會新介紹的和辨識物體形狀有關的IT。最後,也會就目前未知的部分,提供一些假說作為參考。

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Posted By Mr. Thursday 下面的FLASH是由 Arthur Shapiro 所製作的視覺錯覺。原本固定形狀的花朵,加上邊緣的線條,就會開始規律地扭轉,好像在呼吸一樣呢! FLASH1 呼吸的花 Arthur Shapiro會在他的blog每天製作一個視覺的錯覺 (Visual Illusion)。也許會納悶,怎麼人的視覺系統會產生錯覺呢?這樣子不就不大好?其實我們也可以說,因為人類視覺系統如此特別,所以可以輕鬆地辨識物體,尤其在切割兩個重疊的影像的時候,我們可以很輕鬆地把同一盤菜裡面的菜和湯分開來,如果要用電腦來處理,目前仍然無法很容易地進行。 其中部分原因,是因為我們的視覺系統是用對比的訊號 (contrast),而不是像電腦的編碼,儲存的時候是用點陣圖的方式儲存,對比的資訊需要另外計算。電腦似乎就是用「絕對」的方式來處理視覺資訊,而人腦就是用一種「相對」的方式來處理視覺資訊,因此對電腦來說不容易的視覺工作,人腦是非常容易辦到,不過也因此會有副產品的產生,就是視覺上的錯覺了。之前曾經介紹的Ebbinghaus Illusion,就是可以說明我們使用相對資訊來處理視覺,因而產生錯覺的例子,您看!中間兩個圓圈是一樣大的,但是因為週遭圓圈大小不同,我們相對的視覺系統,就產生大小不同的錯覺了。 圖1 ebbinghaus illusion 除了「相對」的處理方式是人腦和電腦有所不同的地方,「平行計算」是另一個可以比較的地方。不過無論是電腦或是人腦,都會有平行計算,因此今天想探討的是另外一個問題,請各位先觀察一下下面這張圖片: 圖2 人腦XOR 這個圖片是由 Mark Changizi 所製作的,主要的想法是希望能夠利用人腦平行計算的能力,來解決一些邏輯上的運算。譬如說上面這張圖,是希望在圖的最上方可以放0或1,0的盒子會遠離觀賞者,1的盒子看起來會朝向觀賞者。接著觀賞著沿著這張設計好的圖,運用人腦的平行計算能力,看到圖片最下方的地方,如果感覺是朝向觀賞者,就說是1,如果最下面看起來是遠離觀賞者,就說是0。而這張圖的設計,可以讓觀賞者自然地從上面看到下面的時候,做了一個XOR (exclusive OR) 的運算。 不過我想探討的問題就是:平行計算應該是發生在運算初期的部分,無論是人腦還是電腦的平行計算。

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Posted By Mr. Thursday 由匹茲堡大學 (University of Pittsburgh) 和卡內基美隆大學 (Carnegie Mellon University) 的研究團隊所做的研究,把電極插到猴子的頭腦裡面,接著用電腦分析讀取電極傳出來的大腦訊號,轉換成機械手臂移動的指令,猴子便能夠用「想」的,移動機械手臂來自行拿取食物來吃。讓我們先看一下 DEMO 的影片。 這個研究如果將來技術成熟之後,可以應用在一些癱瘓病人身上。他們大腦裡面負責運動的區域可能還是好的,但是運動的肢體像是手臂等等,可能已經無法使用,這個時候就可以用機械手臂來取代,並且透過電及和電腦分析,讓使用者可以用意念,來指揮機械手臂。 目前比較困難的是,研究人員發現插進大腦的電極 (electrode) 在幾個月之後就會無法使用,因此這部分還有待突破。然而大腦運動區域訊號的分析,則是已經有顯著進展,只要先有一小段訓練時間,電腦就可以慢慢了解猴子移動手臂往上、往下、往前、往後、往左、往右、開始、停等訊號。 此外,我個人的觀察是,首先,因為運動神經在腦幹 (brain stem) 的區域會左右交換,因此影片中猴子右手一邊在動,但是我猜他們放置電極的地方可能是左腦的運動區。其次,運動訊號主要就是從大腦的主要運動皮質 (primary motor cortex) 區域裡面,負責手臂運動的地方的訊號來分析。不過不知道如果加上小腦 (cerebellum) 的訊號,會不會讓效果更好?因為小腦主要就是對運動進行微調,負責無意識的運動調節學習 (adapt)。 大腦的運動區域對身體的分佈,可以參考大腦一日遊裡面的這一張圖的說明: 左邊是主要感覺區的分佈,右邊是主要運動區 (primary motor cortex) 的分佈,臉部無論是感覺或是運動,都佔了很大的比例,代表對臉部的感覺和運動很細膩,需要比較大的區域來處理或產生訊號。另外,皮質區 (cortex) 是有意識的資訊的處理,訊號離開大腦後,會延著腦幹,往脊隨 (spinal cord) 的方向傳遞,中間會經過小腦,也會隨著訊息的目的地在不同的地方左右互換,這部分滿複雜,可能要重新複習一下課本才會記得,有興趣的讀者在繼續深究這一部分吧!

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