Peelen bench
Peelen bench

Hoe ons brein objecten voorspelt in een veranderende wereld

In het dagelijks leven komen we vaak voorwerpen tegen die gedeeltelijk verborgen zijn of alleen vanuit onze ooghoeken te zien zijn. Bovendien is de visuele input die onze ogen bereikt voortdurend in beweging, waardoor voorwerpen van grootte, oriëntatie of uiterlijk veranderen als we ons verplaatsen. Ondanks deze uitdagingen is ons brein opmerkelijk goed in het volgen van voorwerpen, en nieuw onderzoek onthult hoe het brein dat kan doen.

In hun recente publicatie in ScienceAdvances, tonen onderzoekers van het Donders Instituut aan dat het brein actief voorspelt hoe objecten eruit zouden moeten zien op basis van de driedimensionale structuur van hun omgeving. Wanneer objecten werden gedraaid op een manier die overeenkwam met de geometrie van de scène, waren hun representaties in de visuele cortex van de hersenen sterker. Opmerkelijk genoeg kon zelfs wanneer een object volledig aan het zicht onttrokken was, de verwachte oriëntatie ervan nog steeds worden afgelezen uit de hersenactiviteit.

In een van de studies kregen deelnemers realistische kamers te zien met een centraal object, zoals een bed of een bank. Dit object werd vanuit een van twee mogelijke hoeken bekeken en bij elke proef werd het gezichtspunt veranderd door de kamer in discrete stappen te draaien. Tijdens de eerste twee momentopnames was het object volledig zichtbaar, waardoor de deelnemers de positie ervan in de kamer konden coderen. In de volgende drie momentopnames was het object verborgen, zodat alleen de draaiende kamer zichtbaar was. In de laatste momentopname verscheen het object weer, hetzij op een manier die overeenkwam met de rotatie van de kamer, hetzij op een manier die niet overeenkwam, waardoor er een discrepantie ontstond tussen de verwachte en de werkelijke oriëntatie. Belangrijk is dat de totale rotatie (30° of 90°) varieerde en dat de deelnemers de nieuwe oriëntatie van het object alleen konden afleiden uit het veranderende gezichtspunt van de kamer. Dankzij dit ontwerp konden onderzoekers meten hoe de hersenen objectrepresentaties dynamisch bijwerken in reactie op voorspelbare veranderingen in de omgeving.

Marius Peelen ScienceAdvances
Marius Peelen ScienceAdvances

De voorspellende kracht van ons visuele systeem

Deze bevindingen suggereren dat ons visuele systeem niet alleen passief registreert wat we zien. In plaats daarvan maakt het gebruik van voorspellende processen die worden gestuurd door de structuur van de omgeving, waardoor we objecten zelfs in dynamische, complexe scènes betrouwbaar kunnen waarnemen. Hoewel dit onderzoek fundamenteel van aard is, kan inzicht in hoe het brein objecten voorspelt, informatie opleveren voor toekomstige toepassingen in kunstmatige visuele systemen, robotica en neurologische revalidatie.

“Terwijl eerder onderzoek aantoonde dat ons brein de context van een scène gebruiken om te voorspellen welke objecten waarschijnlijk in een scène zullen verschijnen (bijvoorbeeld een auto op een weg), toont dit onderzoek aan dat de hersenen ook continu en dynamisch het specifieke uiterlijk van objecten in scènes voorspellen, zoals hun oriëntatie en grootte. Samen helpen deze op scènes gebaseerde voorspellende mechanismen ons om betekenis te geven aan visuele input.”

Financiering

Dit onderzoek werd mogelijk gemaakt door de Europese Onderzoeksraad (ERC) in het kader van het Horizon 2020-programma van de Europese Unie (subsidie 725970), het NWO Talentprogramma 2023 (project VI.C.231.057) en de NWO 2019 Veni-subsidie VI.Veni.191G.085.

Contactinformatie

Thema
Gedrag, Hersenen, Wetenschap