Was ist der wesentliche Vorteil der Center-Surround-Organisation retinaler Ganglienzellen?

Sie gehen davon aus, dass Licht punktuell perfekt einfällt und dass der Zweck des Sehens darin besteht, eine "Bitmap" des einfallenden Lichts zu replizieren. Dies wäre rechentechnisch tatsächlich sehr ineffizient.

In Wirklichkeit beruht das Sehen auf der Erkennung hervorstechender Merkmale. Stellen Sie sich eine einfache Szene vor, vielleicht so wie diese:

Der größte Teil des weißen Bereichs der Wand ist ziemlich uninteressant: Sie müssen diese Informationen nicht wirklich verarbeiten, außer zu wissen, dass es sich um einen festen Bereich handelt. Was auf dem Bild interessant ist, wenn Sie versuchen, den Raum zu verstehen, den Sie einnehmen, ist die Kante zwischen dem Boden und der Wand zu sehen. Tatsächlich sagt Ihnen das wirklich, dass es sich um eine Wand und einen Boden handelt: Wenn Sie nur das obere Viertel des Bildes hätten, hätten Sie nur ein weißes Kästchen: Sie würden nicht wissen, ob dies ein Boden oder eine Wand ist , eine Decke, die Farbe auf jemandes Auto. Die Kante zwischen Boden und Wand gibt Ihnen den nötigen Kontext.

Lassen Sie uns darüber nachdenken, wie die Center-Surround-Organisation auf dieses Bild reagieren würde. In der gesamten leeren weißen Fläche trifft weißes Licht sowohl auf die Mitte als auch auf die Umgebung: Diese löschen sich aus und es gibt wenig Reaktion. Stellen Sie sich jedoch vor, was für eine On-Center-Off-Surround-Zelle direkt an der Kante zum Boden passiert. Diese Zelle wird in der Mitte weiß, aber nur auf etwa der Hälfte des Off-Surround: Die andere Hälfte des Off-Surround erhält stattdessen den dunkleren Holzboden. Diese Zelle würde daher auf das Ungleichgewicht in der durchschnittlichen Umgebung gegenüber der durchschnittlichen Mitte reagieren!

Sie können dann viele dieser kreisförmigen Empfangsfelder kombinieren, um gerade Kanten zu erkennen, wie folgt:

Von https://grey.colorado.edu/CompCogNeuro/index.php/CCNBook/Perception

Hinweis: Die rezeptiven Felder für LGN (Thalamus) sind den rezeptiven Feldern der retinalen Ganglienzellen sehr ähnlich. In V1, dem primären visuellen Cortex, werden diese rezeptiven Felder zu „einfachen Zellen“ addiert, die auf Kanten reagieren.

Ich denke, dieses Bild kommt der Beantwortung Ihrer Frage, wie nützlich es sein kann, rezeptive Felder zu überlappen, am nächsten.

Dieses Bild von der Wikipedia-Seite zu rezeptiven Feldern zeigt, was Sie erhalten, wenn Sie eine Szene durch einen Center-Surround-Filter schicken: Beachten Sie, wie alle Kanten betont werden!

Weitere Vorteile: Diese Art von Detektor funktioniert gut bei einer Reihe von Lichtverhältnissen, zum Beispiel erscheinen verschiedene Graustufen gleich, obwohl die Pixelintensität stark variiert. Auf diese Weise erhalten Sie sowohl in einem dunklen als auch in einem hellen Raum ähnliche Reaktionen auf Kanten. Diese Detektoren helfen auch, Bilder zu schärfen . Beachten Sie, dass Computer Vision auch einige dieser Strategien verwendet!

Was wäre, wenn Sie dunkle statt helle Punkte erkennen möchten? Wir denken oft, dass Augen „Lichtdetektoren“ sind, aber sie werden genauso treffend als „Dunkeldetektoren“ beschrieben. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie sind ein Nagetier, das in den Himmel schaut: Ein wichtiger, hervorstechender Reiz für Sie könnte ein dunkler Fleck sein, an dem ein Falke das Licht vom Himmel blockiert. Daher ist ein außermittiger Zelltyp in der Umgebung genauso nützlich wie das Gegenteil (und tatsächlich enthält die Netzhaut beide Arten von retinalen Ganglienzellen).