Визуальное Визуальная адаптация
24 апреля 2017 г.
В данной статье описывается новый метод моделирования и изучения адаптации в зрительной системе.
Общая цель этой программы состоит в том, чтобы смоделировать влияние адаптации на визуальное восприятие с помощью модели того, как зрительная система человека адаптируется к кодированию цвета. Эта модель вычисляет, как изменяется кодирование, когда один и тот же наблюдатель адаптируется к разным цветовым средам или когда разные наблюдатели адаптируются к одной и той же среде. Этот метод решает ключевые вопросы когнитивной науки и нейронауки, такие как почему сенсорные системы адаптируются и какое влияние адаптация оказывает на восприятие.
Основное преимущество этого метода заключается в том, что он включает в себя правдоподобные предположения об адаптации и цветовом зрении и использует их для более надежного прогнозирования цветового восприятия в различных средах и наблюдателях. Начните с выбора нужного изображения для работы и наблюдайте, как оно появится на верхней левой панели. Затем нажмите меню формата, чтобы выбрать способ представления изображения и наблюдателя.
Нажмите на стандартный наблюдатель, чтобы смоделировать стандартный или средний наблюдатель, адаптирующийся к определенному цветовому распределению. Затем нажмите на «Естественные спектры» или «RGB», чтобы приблизиться к фактическим световым спектрам или спектрам красных, зеленых, синих пикселей изображения на мониторе. Начните с адаптации одного и того же наблюдателя к различным условиям, таким как цвета текущего изображения и распределение цветов, типичное для естественной наружной среды.
Чтобы задать эти среды, выберите эталонную и тестовую среды в раскрывающихся меню; Затем щелкните меню «Справка», чтобы выбрать начальную среду, к которой наблюдатель должен адаптироваться при просмотре исходного изображения. Далее нажмите на меню теста, чтобы выбрать новую среду, к которой наблюдатель будет адаптироваться. Нажмите кнопку «Адаптировать» и посмотрите на два новых изображения, отфильтрованных для адаптации конуса и адаптированных для адаптации контраста.
В качестве альтернативы можно адаптировать разных наблюдателей к одной и той же среде, например, к спектральной чувствительности более молодого или старшего наблюдателя; Выберите спектральную чувствительность наблюдателя и нажмите на меню «Линзы», чтобы выбрать плотность пигмента линзы. Затем нажмите на макулярное меню, чтобы аналогичным образом выбрать плотность макулярного пигмента; и нажмите на меню «Колбочки», чтобы выбрать между наблюдателями с нормальной трихроматией или различными типами аномальной трихроматии. Снова нажмите кнопку «Адаптировать» и посмотрите на три новых изображения на экране, на этот раз показывающих исходное изображение, изображение, отфильтрованное по новой чувствительности, и изображение после адаптации к новой чувствительности.
Наконец, нажмите кнопку «Сохранить изображения», чтобы сохранить три изображения. Этот протокол демонстрирует, как эффекты визуальной адаптации к изменению окружающей среды или наблюдателя могут быть визуализированы в изображениях. В качестве иллюстрации того, как адаптация приспосабливается к изменениям в организме наблюдателя, модель смоделировала последствия старения хрусталика, сравнивая прогнозируемый внешний вид изображения, увиденный глазами более молодого или старшего наблюдателя, которые отличаются только плотностью пигмента хрусталика.
В качестве иллюстрации того, как адаптация приспосабливается к изменениям в окружающей среде, модель была использована для моделирования того, как мы можем адаптироваться к низкоконтрастной, туманной среде, настраивая цветовое кодирование в соответствии с кодировкой, ожидаемой для типичной среды с более высокой контрастностью. Этот метод может быть применен к любым ансамблям изображений или наблюдателям с различной спектральной чувствительностью. Он также может быть обобщен для изучения адаптации и других характеристик изображений, таких как их спектральные свойства.
Визуализированные изображения моделируют теоретические пределы долгосрочной адаптации и могут быть использованы для изучения функции адаптации путем проверки того, что испытуемые могли воспринимать в адаптированных изображениях, что они не могли воспринять в исходных изображениях. Визуализированные изображения также обеспечивают более реалистичное моделирование влияния изменения чувствительности на наше визуальное восприятие и показывают, как адаптация имеет тенденцию обесценивать или компенсировать эти изменения чувствительности.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье описывается новый метод моделирования и изучения адаптации в зрительной системе. Программное обеспечение предназначено для имитации влияния адаптации на зрительное восприятие с использованием модели кодирования цвета в зрительной системе человека.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Когнитивистика
- Зрительное восприятие
Теоретические основы
- Зрительная система человека адаптируется к различным цветовым средам.
- Понимание адаптации сенсорных систем имеет решающее значение для когнитивистики.
- Адаптация влияет на то, как цвет воспринимается разными наблюдателями.
- Данное исследование направлено на решение ключевых вопросов, касающихся сенсорной адаптации.
Цель исследования
- Смоделировать влияние адаптации на зрительное восприятие.
- Изучить, как меняется кодирование цвета при адаптации.
- Спрогнозировать цветовое восприятие в различных условиях среды и у разных наблюдателей.
Используемые методы
- Подбор изображений для симуляции.
- Моделирование цветовой адаптации в зрительной системе.
- Сравнительный анализ адаптации различных наблюдателей.
- Использование программного обеспечения для визуального представления.
Основные результаты
- Метод позволяет надежно прогнозировать изменения в цветовосприятии.
- Демонстрирует влияние различных цветовых сред на адаптацию.
- Дает представление о механизмах сенсорной адаптации.
- Углубляет понимание динамики зрительного восприятия.
Выводы
- Этот новый метод предлагает надежную основу для изучения зрительной адаптации.
- Он включает в себя реалистичные допущения о цветовом зрении.
- Полученные результаты вносят вклад в более широкое понимание восприятия в когнитивистике.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Этот метод позволяет исследователям в области биофармацевтики моделировать влияние сенсорной адаптации на восприятие, предоставляя вычислительную базу для оценки того, как вариабельность окружающей среды или наблюдателя влияет на детектирование сигнала в доклинических анализах. Путем симуляции адаптированных зрительных ответов данный подход способствует механистическому снижению рисков в исследованиях по валидации мишеней, где имеют значение сенсорные или перцептивные конечные точки. Он предлагает стандартизированную метрику для сравнения результатов восприятия в различных моделях или условиях, повышая прогностическую достоверность на ранних этапах рабочих процессов по поиску новых лекарственных средств.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать, каким образом адаптивные изменения в сенсорных системах могут искажать или модулировать фенотипические показатели при скрининге лекарственных препаратов.
- Практическая ценность: предоставляет воспроизводимую платформу для симуляции, позволяющую отделить вклад адаптации от эффектов соединений в зрительных или сенсорных анализах.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Способствует стандартизации анализа путем моделирования того, как адаптация смещает базовое восприятие, что позволяет нормализовать ответы в различных условиях тестирования.
- Практическая ценность: Позволяет получить метрики адаптированных изображений, которые служат количественным контролем для оценки индуцированных соединениями перцептивных изменений in vitro или in vivo.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: облегчает согласование доклинических сенсорных моделей с вариабельностью человеческого восприятия путем симуляции адаптации для различных типов наблюдателей (например, возрастных изменений хрусталика).
- Практическая ценность: позволяет принимать обоснованные с учетом рисков решения о дальнейшем продвижении исследований, прогнозируя, как средовая или биологическая адаптация может изменить профили терапевтического ответа в сенсорно-зависимых моделях.
Интеграция в конвейер и рабочий процесс
Данный метод вписывается в континуум научных открытий, так как он позволяет оптимизировать дизайн анализа на ранних этапах валидации мишени, обеспечивает готовность к скринингу за счет перцептивной нормализации и повышает трансляционную преемственность путем моделирования эффектов адаптации, специфичных для конкретного наблюдателя.
- Биологические исследования: помогает отличить истинные фармакологические эффекты от перцептивных сдвигов, вызванных адаптацией, при фенотипическом скрининге на основе сенсорных данных.
- Скрининг: повышает воспроизводимость анализа за счет предоставления адаптированных эталонных изображений, учитывающих вариабельность окружающей среды или наблюдателя.
- Аналитика: обеспечивает количественные, сопоставимые результаты (адаптированные изображения), которые позволяют проводить статистическое сравнение перцептивного кодирования в различных условиях.
- Трансляционные исследования: связывает стадию открытия с доклиническими исследованиями, имитируя влияние долгосрочной адаптации наблюдателей-людей на терапевтическое восприятие.
- Корпоративное использование: служит многократно используемым вычислительным инструментом для стандартизации сенсорной оценки в нескольких проектах и терапевтических областях.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность за счет устранения влияния сенсорных искажающих факторов в конечных точках, основанных на восприятии.
- Операционная ценность: улучшает стандартизацию и масштабируемость визуальных или сенсорных анализов с помощью адаптируемых систем моделирования.
- Стратегическая ценность: способствует принятию более обоснованных решений о целесообразности дальнейшей разработки (go/no-go), позволяя определить, обусловлены ли наблюдаемые эффекты активностью соединения или адаптивными изменениями восприятия.
- Влияние на портфель: позволяет проводить приоритизацию программ, направленных на сенсорные мишени, с учетом рисков путем количественной оценки вариабельности, связанной с адаптацией, в доклинических моделях.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области компьютерного моделирования, науки о цветовом зрении и сенсорном восприятии.
- Зависит от доступности программной инфраструктуры, способной выполнять симуляции визуальной адаптации.
- Необходимо согласование между исследовательскими группами относительно эталонных и тестовых сред для обеспечения согласованности моделирования адаптации.
- При применении модели к различным видам, возрастным группам или сенсорным модальностям необходимо учитывать особенности адаптации.
- Ограничено визуальными или аналогичными сенсорными системами; расширение на невизуальные области требует использования валидированных моделей адаптации.
