Perché a volte non crediamo ai nostri occhi?

Una rete di computer strettamente modellata su una parte del cervello umano sta consentendo ai ricercatori di ottenere nuove intuizioni sul modo con cui il nostro cervello elabora le immagini – e spiega alcune illusioni ottiche che lasciano perplessi lo stesso. Utilizzando decenni di dati provenienti da studi sulla percezione del movimento umano, i ricercatori sono dunque stati in grado di addestrare una rete neurale artificiale per stimare la velocità e la direzione delle sequenze di immagini.

MotionNet

Il nuovo sistema, chiamato MotionNet, è progettato per corrispondere da vicino alle strutture di elaborazione del movimento all’interno del cervello umano, permettendo ai ricercatori di esplorare le caratteristiche dell’elaborazione visiva umana che non possono essere misurate direttamente nel cervello.

Lo studio, ora pubblicato nel Journal of Vision, utilizza il sistema artificiale per descrivere come le informazioni di spazio e tempo sono combinate nel nostro cervello per produrre le nostre percezioni, o percezioni errate, delle immagini in movimento.

Di fatti, il cervello può essere facilmente ingannato. Per esempio, se c’è una macchia nera sulla sinistra di uno schermo, che svanisce mentre una macchia nera appare sulla destra, noi ‘vedremo’ la macchia muoversi da sinistra a destra (phi). Ma se la macchia che appare a destra è bianca su uno sfondo scuro, ‘vediamo’ la macchia muoversi da destra a sinistra, in quello che è conosciuto come movimento ‘reverse-phi‘”.

I ricercatori hanno riprodotto il movimento inverso a phi nel sistema MotionNet e hanno scoperto che faceva gli stessi errori di percezione del cervello umano, ma a differenza di quest’ultimo, hanno potuto osservare da vicino il sistema artificiale per capire perché ciò avveniva. Hanno scoperto che i neuroni sono ‘sintonizzati’ sulla direzione del movimento, e in MotionNet, il ‘reverse-phi’ innescava i neuroni sintonizzati sulla direzione opposta al movimento reale.

Come funzionano

Il sistema artificiale ha anche rivelato nuove informazioni su questa comune illusione: la velocità del movimento inverso a phi è influenzata da quanto sono distanti i punti, al contrario di quanto ci si aspetterebbe. I punti che si “muovono” a velocità costante sembrano muoversi più velocemente se distanziati di poco, e più lentamente se distanziati di molto.

“Sappiamo del moto inverso da molto tempo, ma il nuovo modello ha generato una previsione completamente nuova su come lo sperimentiamo, che nessuno ha mai esaminato o testato prima”, ha detto il dottor Reuben Rideaux, ricercatore del Dipartimento di Psicologia dell’Università di Cambridge e primo autore dello studio.

Immagini in movimento

I ricercatori ricordano che gli esseri umani sono ragionevolmente bravi a capire la velocità e la direzione di un oggetto in movimento semplicemente guardandolo. È così che possiamo prendere una palla, stimare la profondità o decidere se è sicuro attraversare la strada. Lo facciamo elaborando i modelli mutevoli della luce in una percezione del movimento – ma molti aspetti di come questo avvenga non sono ancora stati compresi.

“È molto difficile misurare direttamente ciò che accade all’interno del cervello umano quando percepiamo il movimento: anche la nostra migliore tecnologia medica non può mostrarci l’intero sistema al lavoro. Con MotionNet abbiamo un accesso completo“, ha poi proseguito Rideaux.

Pensare che le cose si muovano a una velocità diversa da quella reale può talvolta avere conseguenze catastrofiche. Ad esempio, le persone tendono a sottovalutare la velocità di guida in condizioni di nebbia, perché gli scenari più scuri sembrano passare più lentamente di quanto non siano in realtà.

I ricercatori hanno dimostrato in uno studio precedente che i neuroni del nostro cervello sono orientati verso le velocità lente, quindi quando la visibilità è bassa tendono a indovinare che gli oggetti si stanno muovendo più lentamente di quanto non siano in realtà.

Le valutazioni compiute da MotionNet dovranno certamente essere convalidate in esperimenti biologici, ma i ricercatori affermano già che sapere su quale parte del cervello concentrarsi farà risparmiare molto tempo.