Driedimensionale objectherkenning

Het zal wel een beroepsmatige hang naar human interest zijn, dat wij uit zijn cv onthielden: training van resusapen. Uit de bijgevoegde synopsis van zijn onderzoek blijkt dat die primaten bij uitstek model kunnen staan bij de studie van de werking van onze hersenen. Postdoctoraal onderzoeker Peter Janssen werkt in het labo voor Neuro- en Psychofysiologie van de Faculteit Geneeskunde, en kreeg de Prijs van de Onderzoeksraad voor zijn onderzoek naar driedimensionale objectherkenning.

“Bij de mens en andere primaten is een groot deel van de hersenen bezig met het verwerken van de visuele signalen via de ogen. Het moet essentieel twee vragen oplossen: waar? of de lokalisatie in de ruimte van voorwerpen en van de waarnemer zelf, en wat? of de herkenning van voorwerpen of personen. Van het visuele systeem bij de resusaap weten we al langer dat het bestaat uit twee grote onderdelen of ‘stromen', in feite verzamelingen van hersengebieden, die beide vertrekken van achteraan in de hersenen, uit wat men de primaire visuele cortex noemt. De ene, dorsale stroom loopt naar voor en naar boven in de hersenen, en houdt zich bezig met de waar?-vraag. De andere, ventrale stroom loopt naar voor en naar beneden in de hersenschors, en concentreert zich op de wat?-vraag. Wij hebben het hersengebied aan het eind van de ventrale stroom bestudeerd, de inferotemporale cortex of IT geheten. Elektrische activiteit van groepen hersencellen in dit gebied maakt het mogelijk een bepaalde vorm of gezicht te herkennen en er betekenis aan te geven, zodat we ook weten welke reactie we verwacht worden te stellen op die bepaalde stimulus.”

Bol
“Objectherkenning verloopt schijnbaar moeiteloos, maar is in feite een fenomenaal ingewikkeld proces. Wij moeten in staat zijn voorwerpen te herkennen in een vaak complexe omgeving en onder zeer verschillende omstandigheden - belichting, afstand, oriëntatie in de ruimte ... Wij hebben nu onderzocht of dit hersengebied, dat instaat voor de herkenning, gevoelig is voor de driedimensionale structuur van voorwerpen. Met andere woorden: ‘zien' deze hersencellen het verschil tussen een bol, een hol of een vlak oppervlak? Concreet: vertonen ze een selectieve verhoging van elektrische activiteit? Tot hiertoe was enkel aangetoond dat de IT-hersencellen selectief antwoorden op vlakke, tweedimensionale vormen, op kleur en op textuur. Maar echte voorwerpen zijn driedimensionaal. Ons onderzoek heeft uitgewezen dat bepaalde cellen in de inferotemporale cortex wel degelijk het verschil tussen een bolle en een holle vorm kunnen signaleren. De 3D-structuur van voorwerpen is een kenmerk dat relatief constant blijft onder zeer verschillende omstandigheden, en is dus een potentieel belangrijke informatiebron in de objectherkenning.”
“Die overigens zeer accurate gevoeligheid bleek geconcentreerd in een bepaald onderdeel van de inferotemporale cortex, in de Sulcus Temporalis Superior (de sulci zijn de typische kronkelige sleuven of inkepingen in de hersenschors, nvdr). Daarmee is dus ook aangetoond dat de inferotemporale cortex zelf uit minstens twee kleinere hersengebieden met eigen functionele kenmerken bestaat. Nu we die groep cellen bij de resusaap hebben gelokaliseerd, kunnen we nagaan welk hersengebied bij de mens hiermee zou kunnen overeenkomen. We hebben in het onderzoek immers ook bewezen dat de neuronale gevoeligheid voor 3D-structuur bij de resusaap sterk gelijkt op het gedrag van menselijke proefpersonen wanneer ze holle en bolle vormen moeten onderscheiden.”
“Dergelijk onderzoek vergt jaren van investeringen - het duurde bijna drie jaar voor de eerste resultaten gepubliceerd konden worden. Het geeft dan ook veel voldoening, zei Janssen in een reactie op de prijs, dat onderzoek waarvoor een langetermijnvisie noodzakelijk is, gewaardeerd wordt door de universiteit. Voor de besteding van het prijzengeld (200.000 fr. -red.) zal hij graag met zijn echtgenote en moeder van zijn twee dochters overleggen, “want zij heeft zich vanzelfsprekend meer opofferingen moeten getroosten dan de onderzoeker zelf.” (lacht)

Peter.Janssen@med.kuleuven.ac.be