Вчені відкрили унікальну складову людського зору

Дослідження показують, що немовлята в першу чергу бачать висококонтрастні, прості візерунки, які формують важливу візуальну основу для подальшого розвитку і впливають як на людський зір, так і на навчання ШІ.

Що бачать немовлята? На що вони дивляться? Відповіді на ці питання дуже відрізняються для наймолодших немовлят від відповідей старших немовлят, дітей і дорослих. Характеризуючись кількома висококонтрастними краями в простих візерунках, ці ранні сцени також містять матеріали, необхідні для побудови міцного фундаменту людського зору.

Такого висновку дійшли дослідники Ерін Андерсон, Роуен Кенді, Джейсон Голд та Лінда Сміт (Erin Anderson, Rowan Candy, Jason Gold та Linda Smith) у своєму новому дослідженні, яке нещодавно було опубліковане в журналі Science Advances.

«Вихідним припущенням для всіх, хто замислювався над роллю досвіду в розвитку зору, завжди було те, що в масштабі повсякденного досвіду візуальний вхід практично однаковий для всіх», — пояснює головний дослідник Лінда Сміт, професор кафедри психології та наук про мозок. «Проте це дослідження говорить, що ні, візуальна інформація змінюється з розвитком. Він не однаковий для всіх. Щоденні життєві дані для дуже маленьких немовлят, схоже, є унікальними для цього віку».

Попередні дослідження в лабораторії та клініці показали, що маленькі немовлята віддають перевагу простим, висококонтрастним сценам з великими чорними смугами та шаховими дошками. Нинішнє дослідження вперше поставило питання про те, наскільки ці вподобання впливають на їхнє повсякденне життя. «Щоб побачити, що бачать і на що дивляться маленькі діти, — каже Андерсон, колишній постдокторський дослідник у Лабораторії когнітивного розвитку Сміта, — вона та її колеги одягли на немовлят наголовні камери, щоб носити їх удома під час повсякденних занять.

«Ви можете купити «дитячі флеш-картки» для новонароджених, які показують ці прості, висококонтрастні зображення, — пояснює вона. «Відеозаписи з налобних камер показують, що маленькі немовлята знаходять ці типи зображень навколо себе в повсякденному житті, просто дивлячись на такі речі, як світло і кути стелі».

«Ми виявили дуже особливу, ранню «дієту» для розвитку зору, — додає Сміт. «Як і у випадку з їжею, маленькі немовлята починають не з багатих, складних страв або піци, а з простого, специфічного для розвитку харчування».

Попередні дослідження визнали критичний характер цього раннього періоду для майбутнього розвитку людського зору. Наприклад, доведено, що немовлята, народжені з аномаліями зору, такими як катаракта, або ті, що виховуються в дитячих будинках з обмеженими зоровими можливостями, мають вади зору на все життя. Поточне дослідження пропонує деякі попередні дані для вирішення цих проблем. Воно також має важливе значення для створення візуальних систем штучного інтелекту, які також набувають сильніших візуальних навичок, коли навчання починається з одного і того ж простого, висококонтрастного візуального контенту.

«Масштабність повсякденних даних»

Щоб визначити властивості візуального введення у немовлят у віці приблизно від трьох до 13 місяців, дослідники встановили наголовні відеокамери на 10 немовлят і 10 їхніх дорослих вихователів, зібравши і проаналізувавши 70 годин візуальної документації домашнього повсякденного життя. Виявилися чіткі відмінності між змістом зображень немовлят і дорослих з більшою концентрацією простих візерунків і висококонтрастних країв у поглядах немовлят, ніж у поглядах дорослих.

Сміт припускає, що причиною таких поглядів є не лише те, що немовлята повертають голову, щоб подивитися на особливості світу, який вони бачать, але й те, що батьки або вихователі, швидше за все, ставлять їх у місця, де їм подобається дивитися на речі. «Ви повинні подумати, чому вони знаходяться там, де вони знаходяться. Ймовірно, є певне природне знання, яке закладено в тому, що батьки залишають немовлят там, де їм подобається дивитися на речі. Мама не потурбує тебе, якщо ти не метушишся», — зауважує вона.

Проте, чи є ця невелика група учасників з Блумінгтона, штат Індіана, репрезентативною для немовлят в усьому світі? Щоб відповісти на це питання, лабораторія Сміта провела такий самий експеримент зі співробітником у маленькому багатолюдному рибальському селі в Ченнаї, Індія, де електрика мінімальна, а більша частина повсякденного життя відбувається на відкритому повітрі. І хоча зображення з головних камер 6-місячних і 12-місячних немовлят виглядали зовсім інакше, ніж їхні колеги з Блумінгтона, наймолодші немовлята поділяють спільну «дієту» з висококонтрастних країв і простих візерунків як у Ченнаї, так і в Блумінгтоні.

Більші картини, минуле і майбутнє

Сміт та її колеги також показали, що однакова послідовність зображень покращує навчання візуальних систем ШІ. У продовженні цього дослідження, опублікованому в матеріалах конференції «Нейронні системи обробки інформації 2023», вони виявили, що якщо навчати ШІ-систему, спочатку подаючи їй зображення, характерні для раннього дитинства, вона краще навчиться ідентифікувати візуальні образи, ніж якщо подавати їй зображення у випадковому порядку розвитку або просто надавати зображення, типові для повсякденного життя дорослої людини. Більш точна послідовність розвитку дала найкращі результати.

Їхня робота відкриває нові шляхи для еволюційних спекуляцій. Як пояснює Сміт: «Одне з питань, яке я завжди запитував, будучи аспірантом — і, можливо, у нас з’явився шанс відповісти на нього — чому людські немовлята мають такий повільний моторний розвиток. Вони проводять близько трьох місяців, просто слухаючи і дивлячись, і ще шість місяців — трохи тримаючи поставу і контролюючи голову. Чому вони такі повільні? Коні виходять на старт і біжать перегони».

Це дослідження припускає, що «протягом еволюційного часу ці повільні, інкрементні та оптимізовані упередження працюють над створенням дуже розумної зорової та слухової системи», — каже вона. «Це історія, яку можна було б розповісти».

Тим часом їхня робота піднімає нові питання про візуальний контент раннього дитинства та його роль у розвитку зорової системи, як людини, так і ШІ.