Ученые обнаружили, что младенцы видят не как взрослые, а все в узорах и с высоким контрастом

Визуальный опыт младенцев характеризуется высококонтрастными и простыми узорами, как показало исследование с использованием камер, установленных на голове, для документирования ежедневного визуального восприятия младенцев. Это исследование имеет решающее значение для развития человеческого зрения и имеет последствия для устранения недостатков зрения и обучения зрительных систем искусственного интеллекта.

Исследования показывают, что младенцы в первую очередь видят высококонтрастные и простые узоры, что формирует важную визуальную основу для последующего развития и влияет как на зрение человека, так и на обучение ИИ. Характеризуясь несколькими высококонтрастными краями в простых узорах, эти ранние эпизоды содержат именно те материалы, которые необходимы для создания прочного фундамента человеческого зрения.

«Исходным предположением для всех, кто задумывается о роли опыта в развитии зрения, всегда было то, что в масштабах повседневного опыта зрительный сигнал практически одинаков для всех, — объясняет главный исследователь Линда Смит, профессор кафедры психологии и наук о мозге. — Однако это исследование говорит, что данный сигнал меняется с развитием».

Предыдущие исследования в лаборатории и клинике показали, что маленькие дети предпочитают смотреть на простые, высококонтрастные объекты с большими черными полосами и шашечными досками.

Нынешнее исследование — первое, в котором ставится вопрос о том, в какой степени эти предпочтения составляют их повседневный жизненный опыт. Чтобы узнать, что видят и на что смотрят маленькие дети, Эрин Андерсон, бывший постдокторант лаборатории когнитивного развития Смит, и ее коллеги надели на младенцев головные камеры, которые дети носили дома во время повседневных занятий.

«Что показывают видео с головной камеры, что показывает эта работа, так это то, что маленькие дети находят подобные изображения вокруг себя в повседневной жизни, просто глядя на такие вещи, как освещение и углы потолка», — объясняет Андерсон.

Предыдущие работы признают критический характер этого раннего периода для будущего развития человеческого зрения. Например, было доказано, что младенцы, родившиеся с аномалиями зрения, такими как катаракта, или дети, попавшие в детские дома с ограниченным зрительным опытом, имеют пожизненные недостатки зрения.

Текущее исследование предлагает некоторые предварительные данные для устранения этих недостатков. Оно также имеет важное значение для создания зрительных систем ИИ, которые также приобретают более сильные зрительные навыки, когда обучение начинается с простого, высококонтрастного визуального контента.

Чтобы определить свойства визуального ввода у младенцев в возрасте от трех до 13 месяцев, исследователи установили видеокамеры на голове 10 младенцев и 10 их взрослых опекунов, собрав и проанализировав 70 часов визуальной документации домашней повседневной жизни.

Исследователям очевидны различия между содержанием изображений младенцев и взрослых: в изображениях младенцев больше простых деталей и высококонтрастных краев, чем в изображениях взрослых.

Смит полагает, что причина таких взглядов не только в том, что младенцы поворачивают голову, чтобы рассмотреть те особенности мира, которые они могут видеть, но и в том, что родители или опекуны, скорее всего, помещают их в места, где им нравится смотреть на вещи.

«Вы должны подумать, почему они находятся там, где находятся. Вероятно, у родителей есть некое естественное знание о том, что младенцев нужно оставлять там, где им нравится смотреть на вещи. Мама не будет беспокоить ребенка, если он не суетится», — подметила она.

Однако является ли эта небольшая группа участников из Блумингтона, штат Индиана, репрезентативной для младенцев по всему миру? Чтобы ответить на этот вопрос, сотрудники лаборатории Смит провели тот же эксперимент в небольшой многолюдной рыбацкой деревне в Ченнаи (Индия), где электричество минимально и большая часть повседневной жизни проходит на открытом воздухе.

И хотя изображения, полученные с головных камер шестимесячных и 12-месячных детей, сильно отличались от их аналогов в Блумингтоне, у самых маленьких младенцев была общая «диета» из высококонтрастных краев и простых узоров как в Ченнае, так и в Блумингтоне.

Смит и ее соавторы также показали, что одна и та же последовательность изображений улучшает обучение зрительных систем ИИ. В продолжении текущего исследования, опубликованном в 2023 году в сборнике трудов конференции Neural Information Processing Systems Conference Proceedings, они обнаружили, что если обучать систему ИИ, сначала подавая ей изображения, характерные для раннего младенчества, то она успешнее научится распознавать визуальные образы, чем если подавать ей изображения в случайном порядке развития или просто давать изображения, типичные для повседневной жизни взрослого человека.

Их работа открывает новые возможности для эволюционных спекуляций. «Один из вопросов, который я всегда задавала, будучи аспирантом, — и, возможно, у нас есть шанс на него ответить, — почему у человеческих младенцев так медленно развивается моторика. Примерно три месяца они просто слушают и смотрят, а еще шесть месяцев — немного учатся держать осанку и контролировать голову. Почему они так медленно развиваются? Лошади выходят и бегут наперегонки», — говорит Смит.

«Это исследование позволяет предположить, что в течение эволюционного времени эти медленные, постепенные и оптимизированные предубеждения работают над созданием очень умной зрительной и слуховой системы», — говорит она.

Пока же их работа поднимает новые вопросы о визуальном контенте раннего младенчества и его роли в развитии зрительной системы, будь то человек или искусственный интеллект.

Ранее исследование показало, что моргание не только имеет функцию увлажнения глаз, но также влияет на улучшение зрения. Эта новая научная работа пытается точно определить, для чего полезно моргание, поскольку мы делаем это чаще, чем необходимо, чтобы увлажнить глаза.