Changes in perceptual sampling contribute to representational drift

Stellen Sie sich das visuelle System Ihres Gehirns wie eine hochtechnologische Überwachungskamera vor, die ständig aufzeichnet, was Sie sehen. Wissenschaftler haben festgestellt, dass sich die „Aufnahme“, die Ihr Gehirn von einem Bild macht, im Laufe der Zeit verändert, selbst wenn Sie exakt dasselbe Bild betrachten. Sie nennen dies Repräsentationsdrift (Representational Drift).

Lange Zeit glaubten Wissenschaftler, dass dieser Drift geschah, weil die interne Verdrahtung der Kamera langsam rostete oder sich von innen heraus neu verdrahtete (so wie alte Neuronen ihre Verbindungen ändern). Aber diese Arbeit stellt eine andere Frage: Was wäre, wenn sich nicht die Kamera selbst verändert, sondern die Art und Weise, wie wir sie halten?

Hier ist die Geschichte dessen, was die Forscher herausgefunden haben, unter Verwendung einiger alltäglicher Analogien:

Das Experiment des „Wandernden Blicks“

Die Forscher gestalteten ein Langzeitexperiment mit 14 Erwachsenen. Sie baten diese Menschen, über einen Zeitraum von 2 bis 4 Wochen natürliche Bilder (wie Fotos von Landschaften oder Städten) zu betrachten. Dies taten sie in sechs verschiedenen Sitzungen, vergleichbar mit sechs Museumsbesuchen innerhalb eines Monats.

Sie nutzten Eye-Tracking-Technologie, um genau zu kartieren, wohin die Menschen auf jedem Foto blickten. Betrachten Sie dies als das Erstellen einer „Heatmap“ (Wärmebild), die zeigt, wo die Augen ruhten.

Die Entdeckung:
Sie fanden heraus, dass sich die Heatmaps im Laufe der Zeit veränderten. Obwohl das Foto identisch blieb, landeten die Augen der Menschen mit der Zeit an leicht unterschiedlichen Stellen.

• Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie betrachten ein Gemälde eines Waldes. Beim ersten Besuch starren Sie hauptsächlich auf die große Eiche in der Mitte. Einen Monat später sehen Sie den Baum immer noch, aber Ihre Augen wandern ganz natürlich ein wenig mehr zu den Büschen auf der linken Seite. Einen Monat danach konzentrieren Sie sich vielleicht etwas mehr auf den Himmel.
• Das Ergebnis: Je größer die Zeitspanne zwischen den Besuchen war, desto unterschiedlicher wurden diese „Blick-Karten“. Der Drift war kein zufälliges Chaos; es war eine langsame, stetige Verschiebung der Richtung.

Die Computersimulation

Um zu sehen, ob diese winzigen Veränderungen in der Augenbewegung tatsächlich die Art und Weise beeinflussen könnten, wie das Gehirn ein Bild „sieht“, verwendeten die Forscher ein Computermodell namens CORnet-S. Betrachten Sie dieses Modell als ein digitales Gehirn, das die Art und Weise nachahmt, wie das visuelle System eines Affen oder Menschen Bilder verarbeitet.

Sie nahmen die Originalfotos und „maskierten“ sie basierend darauf, wohin die Teilnehmer in Sitzung 1, Sitzung 2 und so weiter geblickt hatten. Sie speisten diese leicht unterschiedlichen Versionen desselben Fotos in das digitale Gehirn ein.

Der „Drift“ in der Maschine:
Obwohl das zugrunde liegende Foto identisch war, veränderte sich die Reaktion des digitalen Gehirns auf das Bild, als sich die Blickmuster änderten.

• Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie beschreiben einem Freund ein Haus. Wenn Sie nur auf die Haustür schauen, beschreiben Sie die Tür. Wenn Sie Ihren Blick zum Fenster lenken, ändert sich Ihre Beschreibung und schließt das Glas mit ein. Wenn Sie Ihren Blick erneut zum Dach verschieben, ändert sich Ihre Beschreibung wieder. Das Haus hat sich nicht verändert, aber Ihre Beschreibung davon ist gedriftet, weil sich Ihr Blickwinkel verschoben hat.
• Das Ergebnis: Die Forscher maßen die „Distanz“ zwischen den Reaktionen des Gehirns. Sie fanden heraus, dass sich die interne Repräsentation des Bildes im Gehirn umso stärker veränderte, je weiter die Blickmuster im Laufe der Zeit auseinanderdrifteten. Dies geschah auf jeder Ebene des visuellen Systems, von der Basiskomponente (wie V1) bis hin zum komplexen Verständnis (wie IT).

Das Fazente Fazit

Die Arbeit kommt zu dem Schluss, dass Repräsentationsdrift nicht zwangsläufig bedeutet, dass die Verdrahtung des Gehirns kaputtgeht oder sich neu verdrahtet.

Stattdessen deutet es darauf hin, dass unsere Gehirne so sensibel sind, dass selbst die winzigen, unvermeidlichen Veränderungen in der Art und Weise, wie wir die Welt betrachten – wie etwa das leichte Wandern unserer Augen zu einem etwas anderen Punkt an einem vertrauten Objekt – ausreichen, um das interne „mentale Bild“ dieses Objekts im Laufe der Zeit zu verändern.

Kurz gesagt: Die Kamera (das Gehirn) mag stabil sein, aber die Art und Weise, wie wir sie halten (unser Blick), ist ständig in Bewegung. Und deshalb ist das Bild, das wir in unseren Köpfen aufnehmen, nie exakt zweimal dasselbe.