تعامل بین جاذب های اجزا و چهره و جاذب های چهره کامل در قشر گیجگاهی مغز

نقش سلول ھای چھره در قشر گیجگاھی مغز در فرآیند بازشناسی چھره چیست؟ گروھی از نرونھا در قشر گیجگاھی به صورت گزینشی به تصاویر چھره پاسخ می دھند، ولی نقش دقیق آنھا و مزیت محاسباتی این سلول ھا در شناسایی چھره بدرستی مشخص نشده است.

ما شبکه عصبی ماژوالری شبیه سازی کردیم که به طور ساده ای ستون ھای ویژگی در قشر گیجگاھی را مدل می کرد. سلول ھای این ناحیه به اشیاء با پیچیدگی متوسط پاسخ می دھند. در ادامه، شبکه دوالیه ای ساختیم که پس از الیه اول ذکر شده ،دارای الیه دوم بود که سلول ھای چھره را مدل می کرد.

این الیه تصاویر چھره را به صورت یک کل ذخیره می کند. شبکه ھا دارای نروھای تحریکی – مھاری با تابع فعالیت آستانه خطی ھستند که دارای پارامترھای مطابق با مقادیر واقعی بیولوژیکی ھستند. ورودی به شبکه ھا چھره ھای انتخابی تصادفی از پایگاه داده کیت چھره^۱ بود.

یکی از اجزای چھره تغییر می کرد یا به صورت ناقص به شبکه ارائه می شد، سپس کارایی شبکه در دو وظیفه فراخوانی و بازشناسی محاسبه می گردید. نتایج ما برتری شبکه دو الیه را در بازشناسی چھره نشان می داد، در شرایطی که الیه اول به جزء چھره غلط در بیشتر آزمایش ھا میل می کرد، الیه دوم با داشتن اطالعات ارتباط بین اجزاء چھره به جزء چھره ھدف میل می کرد.از طریق این شبیه سازی ھا ما دریافتیم که یکی از نقش ھای سلول ھای چھره وارد کرد ھویت در شبکه است که این کار با ارتباط برقرار کردن بین اجزاء یک محرک ترکیبی ھمچون چھره انجام می گیرد. ما پیشنھاد می کنیم این ساختار کمک به نمایان ساختن تغییرات کوچک در محرک می کند.

یک آزمایش سایکو- فیزیک طراحی گردید که درآن به افراد یک سری چھره از پایگاه داده نشان داده می شد. یک نام به ھر کدام از چھره ھا اختصاص پیدا کرده بود. فاز تست از دو قسمت تشکیل شده بود. در قسمت اول، به افراد یک جزء چھره به تنھایی نشان داده می شد. در قسمت دوم، از افراد خواسته می شد که چھره ھای کامل را که فقط در جزء قسمت اول فرق داشتند شناسایی کنند. نتایج آزمایش نشان می دھد که افراد در شناسایی اجزای چھره وقتی که در کل چھره ظاھر شده باشند بھتر ھستند نسبت به وقتی که به تنھایی ظاھر شوند. این نتیجه ، نتایج شبیه سازی ھای ما را نیز تایید می کند: اطالعات درباره ارتباط بین اجزاء چھره کمک به بازشناسی و فراخوانی آن جزء می کند.

مقدمه

چھره جزو مھمترین محرک ھایی است که به سیستم بینایی اعمال می شود. ثبت ھای الکترودی از تک نرون ھا در میمون Macaque نشان داده است که بعضی از نرونھا به طور اساسی به چھره جواب می دھند و به محرک ھای دیگر پاسخ نمی دھند. این نرونھا در جلوی قسمت باالیی شیار گیجگاھی یا ^۱STS و در ناحیه TE ^۲یافت شده اند. این سلول ھا برای پاسخ دادن نیاز به وجود تمام اجزای صورت را دارند.

از طرفی، نشان داده شده است که بعضی از سلول ھا به تنھا یکی از اجزای صورت مانند ( چشم ھا، دھان ،موھا) یا زیر مجموعه ای از اجزاء پاسخ می دھند. این سلول ھا پاسخ افت کننده ای به جزء دیگر صورت یا کل صورت دارند. ھر کدام از این سلول ھا از طریق سیناپس ھا به یکدیگر متصل می باشند که تشکیل یک شبکه عصبی را می دھند.

ھدف این آنالیز این نکته است که وجود جاذب ھای ^۳ مجزا برای اجزای صورت مانند چشم، گوش، بینی و مو در کنار جاذب ھا برای کل صورت چقدر فرآیند ھای ذخیره سازی و بازشناسی کل چھره را تسھیل می سازد. سوال اصلی دیگری که در اینجا مطرح است این است که ذخیره سازی اجزاء به صورت جاذب در یک ناحیه کرتکس چقدر به ذخیره سازی و بازیابی یک حافظه ترکیبی کمک می کنند. با این حال قصد اصلی این تاکید بر بازیابی صورت در مغز برای پاسخ به این پرسش است . این کار بوسیله مدلسازی انجام می پذیرد به این ترتیب که شبکه عصبی مورد نظر برای مدلسازی پیاده سازی می شود و نتایج بررسی خواھد شد

یکی از مدلھای مشابه که توسط Treves و ھمکارانش در SISSA شبیه سازی شده است ، از شبکه عصبی ماژوالر تشکیل شده است که ھر یک از ماژول ھا برای کد کردن و ذخیره سازی یک از اجزای صورت استفاده شده اند. در این شبیه سازی شبکه ای برای سلول ھای کد کننده کل صورت یا سلول چھره ^۴ در نظر گرفته نشده است و فقط تفاوت در وجود یا نبود اتصاالت بین ماژول ھا درعمل بازشناسی چھره مورد بررسی قرار گرفته است .

فھرست مطالب

عنوان مطالب شماره صفحه

چکیده ۱

مقدمه ۲

فصل اول: سیستم بینایی ۳

۱-۱- شبکیه چشم انسان ۴

۱-۱-۱- پاسخ سلولھای دوقطبی ۶

۱-۱-۲- سلولھای گانگلیون ۷

۱- پاسخ سلولھای گنگلیون شبکیه به نور ۷

۱-۲-کورتکس ھای مختلف بینایی ۱۱

۱-۲-۱- سلول ھای ساده در کورتکس اولیه بینایی ۱۶

۱-۲-۲- سلول ھای مرکب ۱۷

۱-۲-۳- سلولھای فوق مرکب ۱۸

۱-۳- ساختار سلولی کورتکس بینایی ۲۰

۱-۴- میدان بینایی ۲۲

۱-۵- مقصدھای عصب بینایی ۲۳

۱-۵-۱- مسیرھای مرکزی دیداری ۲۳

۱-۶- جمعبندی: مغز به عنوان یک سیستم عظیم پردازش اطالعات ۲۷

فصل دوم: سلول چھره ۲۸

۲-۱- تاریخچه ۳۰

۲-۲- آیا واقعا این سلول ھا حساس به چھره ھستند؟ ۳۱

۲-۳- ویژگی ھای سلول ھای چھره ۳۴

۲-۴- جمعبندی: چراسلول چھره؟ ۳۵

فصل سوم :عملکرد شبکه ھای عصبی در مغز ۳۷

۳-۴-۵- جداسازی و الگوھای جداپذیر غیرخطی ۶۲

فصل چھارم : نتیجه گیری و پیشنھادات ۶۳

منابع و مراجع ۶۶

فھرست شکل ھا

شکل ۱-۱: نمایی از ساختار داخلی چشم

شکل۱-۲: شکل مکان fovea را در شبکیه نشان می دھد شکل ۱-۳: ساختار سلولی شبکیه شکل ۱-۴: پاسخ سلولھای دوقطبی به باریکه نور

شکل۱-۵: میدان گیرندگی سلولھای گانگلیون شکل۱-۶: پاسخ سلول ھای گانگلیون به محرک در حالت ھای مختلف شکل۱-۷: نحوه پاسخ سلول ھا ی مختلف شبکیه به نور

شکل۱-۸ : دو نوع P و M از سلول ھای گانگلیون

شکل۱-۹ : ساختار تقابل رنگ در سلول ھای نوع P شکل ۱-۱۰: تعدادی از مناطق مربوط به بینایی شکل ۱-۱۱ : نواحی مختلف کرتکس بینایی

شکل ۱-۱۲: مکان ھای مختلف در مغز که در ادراک بینایی نقش دارند

شکل۱-۱۳: تصویری از ارتباط و عملکرد مناطق مختلف مربوط به بینایی در مغز

شکل ۱-۱۴ : پاسخ سلول ھای ساده به محرک

شکل ۱-۱۵: ھمگرایی میدانھای گیرندگی در شبکیه برای ساخت میدان گیرندگی سلول ھای ساده در ۱V

شکل ۱-۱۶: پاسخ سلول ھای مرکب به محرک با جھت گیری با زوایای مختلف

شکل۱-۱۷: پاسخ سلولھای فوق مرکب به محرک با جھت حرکت ھای مخالف شکل ۱-۱۸: مراحل مختلف تحلیل تصویر در سیستم بینایی شکل۱-۱۹: ساختار عمودی و افقی کورتکس اولیه بینایی شکل ۱-۲۰ : ساختار سلولی کورتکس اولیه بینایی

شکل ۱-۲۱: نمایی از یک فوق ستون در۱V

شکل۱-۲۲ : میدان بینایی و مسیر اطالعات به سمت کورتکس اولیه بینایی شکل ۱-۲۳: مسیرھای دیداری در چشم انسان

شکل۱-۲۴: ساختار الیه ای LGN

شکل ۱-۲۴: مکان ھسته بالشتک بر روی تصویر قابل مالحظه است شکل ۱-۲۵: ارتباطات مختلف مناطق مربوط به بینایی در مغز

شکل۲-۱: برخی مناطقی که در آن سلول چھره پیدا شده است

شکل ۲ -۲ : پاسخ برخی از سلول ھا در کرتکس IT میمون که به چھره حساس بودند

شکل ۲ -۳ : پاسخ برخی از نرونھای کرتکس IT میمون که به نیمرخ چھره بھترین پاسخ را می دادند

شکل ۳-۱: حافظه انجمنی

شکل ۳-۱۰: دوباره کد کردن بـه صورت توسعه یافته. یک شبکه رقابتی به ھمراه ارتباط دھنده الگو که الگوھایی را که به صورت خطی جداناپذیرند را قادر می سازد که یاد گرفته شوند.

شکل ۳-۱۱: ساختار حافظه خودانجمنی

شکل ۳-۱۲: ساختار یک شبکه رقابتی

شکل ۳ -۱۳: یـادگیری رقـابتی. نقطه ھا نشان دھنـده جھت بـردارھای ورودی ھستند، و ضربدرھا بردار وزن سه نورون می باشند. الف) قبل از یادگیری. ب) بعد از یادگیری

شکل ۴-۱: پاسخ سلولھای چھره MFP(middle face patch) به چھره واقعی و کارتون

شکل ۴-۲: (a مثالی از محرک کارتون برای ۶ پارامتر ھر کدام با ۷ مقدار مانند ( اندازه مو) ( b منحنی وفق tuning curve برای ۳ سلول نمونه برای ۱۹ پارامتر مختلف (c توزیع تعداد ویژگی ھای وفق یافته به تعداد سلول (d توزیع تعداد و نسبت سلول ھای وفق یافته به ھر کدام از ویژگی ھا

شکل ۴-۳: توالی تغییرات اجزاء چھره درآزمایش سایکوفیزیک پیشنھادی