Исследование показало, что визуальный опыт, уникальный для раннего детства, является строительным материалом для человеческого зрения

Что видят младенцы? На что они смотрят? Ответы на эти вопросы для самых маленьких младенцев сильно отличаются от ответов для младенцев старшего возраста, детей и взрослых. Эти ранние сцены, характеризующиеся несколькими высококонтрастными краями в простых узорах, также содержат те самые материалы, необходимые для создания прочной основы для человеческого зрения.

К такому выводу пришли результаты нового исследования «Смещение в сторону простоты зрительной информации у маленьких детей», опубликованного 10 мая в журнале Достижения науки исследователи IU Эрин Андерсон, Роуэн Кэнди, Джейсон Голд и Линда Смит.

«Исходным предположением для всех, кто задумывается о роли опыта в зрительном развитии, всегда было то, что в масштабе повседневного опыта визуальный ввод практически одинаков для всех», — объясняет главный исследователь Линда Смит, профессор кафедры зрительного восприятия. Психологические и мозговые науки.

«Тем не менее, это исследование говорит, что нет, визуальные данные меняются с развитием. Они не одинаковы для всех. Повседневная жизнь очень маленьких детей, по-видимому, уникальна для этого возраста».

Предыдущие исследования в лаборатории и клинике показали, что маленькие дети предпочитают смотреть на простые, высококонтрастные сцены с большими черными полосами и шахматными досками. Настоящее исследование является первым, в котором задается вопрос, в какой степени эти предпочтения влияют на их повседневную жизнь.

«Чтобы увидеть, что видят и на что смотрят маленькие дети», — говорит Андерсон, бывший научный сотрудник Лаборатории когнитивного развития Смита, она и ее коллеги надевают на младенцев головные камеры, чтобы они носили их дома во время повседневной жизни.

«Вы можете купить «детские карточки» для новорожденных, на которых показаны эти простые, высококонтрастные изображения», — объясняет она. «Что показывают видео с головной камеры, что показывает эта работа, так это то, что маленькие дети находят подобные изображения повсюду вокруг себя в своей повседневной жизни, просто глядя на такие вещи, как освещение и углы потолка».

«То, что мы обнаружили, — это особая, ранняя «диета» для зрительного развития», — добавляет Смит. «Как и в случае с едой, маленькие дети начинают не с обильной и сложной еды или пиццы, а с простого, специфического для развития питания».

Предыдущие работы признали решающую природу этого раннего периода для будущего развития человеческого зрения. Например, было показано, что младенцы, рожденные с нарушениями зрения, такими как катаракта, или дети в детских домах с ограниченным зрительным опытом, страдают от нарушений зрения на протяжении всей жизни.

Настоящее исследование предлагает некоторые предварительные данные для устранения этих недостатков. Это также имеет важные последствия для создания визуальных систем искусственного интеллекта, которые также приобретают более сильные визуальные навыки, когда обучение начинается с одного и того же простого высококонтрастного визуального контента.

«Огромный масштаб вклада в повседневную жизнь»

Чтобы определить свойства зрительной информации у младенцев в возрасте примерно от трех до 13 месяцев, исследователи установили головные видеокамеры на 10 младенцев и 10 взрослых, осуществляющих уход за ними, собрав и проанализировав 70 часов визуальной документации повседневной жизни дома. Выявляются четкие различия между содержанием изображений младенцев и взрослых с более высокой концентрацией простых узоров и высококонтрастными краями в изображениях младенцев, чем у взрослых.

Смит делает вывод, что причина таких взглядов не только в том, что младенцы поворачивают головы, чтобы посмотреть на детали мира, которые они видят, но и в том, что родители или опекуны, скорее всего, поместят их в места, где им нравится смотреть на вещи.

«Вы должны подумать, почему они там, где они есть. Вероятно, у родителей есть какое-то естественное знание, позволяющее оставлять младенцев там, где им нравится смотреть на вещи. Мама не будет вас беспокоить, если вы не суетитесь», — замечает она.

И все же, является ли эта небольшая группа участников из Блумингтона, штат Индиана, представителем младенцев во всем мире? Чтобы ответить на этот вопрос, лаборатория Смита провела тот же эксперимент с коллегой в маленькой многолюдной рыбацкой деревне в Ченнаи, Индия, где электричество минимальное, а большая часть повседневной жизни происходит на открытом воздухе.

И хотя изображения с головных камер 6-месячных и 12-месячных детей сильно отличались от изображений их сверстников из Блумингтона, самые младшие младенцы разделяют общую «диету» из высококонтрастных краев и простых узоров как в Ченнаи, так и в Блумингтоне.

Большие фотографии прошлого и будущего

Смит и ее коллеги также показали, что одна и та же последовательность изображений улучшает обучение зрительных систем ИИ. В продолжение текущего исследования, опубликованного в материалах конференции Neural Information Processing Systems Conference 2023 года, они обнаружили, что если вы тренируете систему искусственного интеллекта, сначала снабжая ее изображениями, характерными для раннего детства, она с большим успехом научится распознавать визуальные образы, чем если вы дадите ему изображения в случайном порядке развития или просто предоставите изображения, типичные для повседневной жизни взрослого человека. Более точная последовательность развития дала лучшие результаты.

Их работа открывает новые возможности для эволюционных спекуляций. Как объясняет Смит: «Одна из вещей, которую я всегда задавал, будучи аспирантом — и, возможно, у нас есть шанс ответить на этот вопрос — почему у человеческих младенцев такое медленное двигательное развитие. Они проводят около трех месяцев, просто слушая и слушая». смотреть и еще шесть месяцев с небольшим количеством осанки и контроля над головой. Почему они так медленно выходят на скачки?

Это исследование показывает, что «в ходе эволюции эти медленные, постепенные и оптимизированные предубеждения создают очень умную зрительную и слуховую систему», — говорит она. «Это история, которую можно рассказать».

Между тем, их работа поднимает новые вопросы о визуальном содержании раннего детства и его роли в развитии зрительной системы, будь то человека или искусственного интеллекта.

В число других исследователей входят профессора Университета Блумингтона Роуэн Кэнди из Школы оптометрии и Джейсон Голд из факультета психологии и наук о мозге.