Rozpoznawanie przedmiotów

Problem w jaki sposób rozpoznajemy przedmioty zawsze był tematem rozważań przez ludzi. Co rozumiemy przez pojęcie „przedmiot” ? Przedmioty są to obiekty, które można doświadczyć poprzez zmysły. Z punktu widzenia kognitywisty, aby zrozumieć ten problem musimy spojrzeć na niego pod kątem wielu dziedzin. Są to nauki takie jak: • Neuronauka • Psychologia • Sztuczna inteligencja • Lingwistyka • Antropologia • Filozofia

NEURONAUKA

„(...) neuronauka, jako wszechstronna i interdyscyplinarna dziedzina badań, jest wciąż pełna niespodzianek. Co ważne, to dzięki odkryciom neuronauki również przed psychologami pojawia się wielka szansa na dogłębne poznanie ludzkiego mózgu i tych aspektów, którymi kiedyś zajmowała się tylko filozofia.” Anna Wojnar, O POSTĘPIE W DZIEDZINIE BADAŃ MÓZGU. Rozmowa z prof. Ryszardem Przewłockim, „Alma Mater” nr 96, listopad 2007, s. 45. Tutaj w rozpoznawaniu przedmiotów pomaga nam percepcja. Jest to inaczej postrzeganie; uświadomiona reakcja narządu zmysłowego na bodziec zewnętrzny; sposób reagowania, odbierania wrażeń. (W. Kopaliński)

Istnieją dwa rodzaje struktur poznawczych: • Związana z wyobraźnią Istnieją dwa rodzaje struktur poznawczych: • Związana z wyobraźnią. Odbierane przez nią wrażenia zmysłowe zazwyczaj są deformowane przez nasze oczekiwania, potrzeby, uczucia i mechanizmy obronne, uruchamiane przez podświadomość. • Związana z inteligencją. Koryguje ona doznania zarejestrowane w naszej wyobraźni. Systemy percepcyjne człowieka umożliwiają mu widzenie, słyszenie, czucie smaku, zapachu, dotyku i zmiany temperatury. Jest to także poczucie świadomości (otoczenia). Percepcja w szerokim sensie oznacza rejestrację (uchwycenie) przedmiotów i zdarzeń środowiska zewnętrznego: ich odbiór sensoryczny, zrozumienie, identyfikację i określenie werbalne oraz przygotowanie do reakcji na bodziec.

Dzięki takim zmysłom jak: • Wzrok • Słuch • Dotyk • Węch • Smak potrafimy odebrać wrażenia zmysłowe, postrzegać je, identyfikować oraz rozpoznawać. Każdy z nich działa w inny sposób i u każdego z nich inaczej wygląda realizacja procesu w mózgu.

WZROK Wpadające przez źrenicę do oka światło biegnie •rogówką, •komorą przednią oka, • soczewką • ciałem szklistym dociera do siatkówki, gdzie wywołuje wrażenia wzrokowe. Dalej wrażenia te przekazywane są do mózgu poprzez nerwy łączące się w jeden nerw wzrokowy. Układem skupiającym fale świetlne jest rogówka i ciecz wodnista, soczewka oraz ciało szkliste. Skupiają one promienie świetlne w taki sposób, aby na siatkówce pojawił się wyraźny obraz obserwowanej przykładowo żarówki (przedmiotu). Wysoką ostrość wrażenia wzrokowego zapewnia zdolność soczewki do zmiany kształtu, co przekłada się na moc optyczną. Zmiana krzywizny soczewki pociąga za sobą zmianę jej ogniskowej, co zwane jest akomodacją, czyli ostrym widzeniem przedmiotów, które umieszczone są w różnej odległości od oka. Ostrość widzianego obrazu uzyskiwana jest, kiedy siatkówka pokrywa się z ogniskiem obrazowym.

Obraz który dociera poprzez drogi wzrokowe, trafia do odpowiednich półkul . Wszystkie impulsy wędrują poprzez promienistość wzrokową do kory wzrokowej, gdzie znajduje się ośrodek wzrokowy: – obszar 17 Brodmanna. Tam jest formowany ostateczny obraz , oraz nanoszone korekty – odwrócenie obrazu , połączenie dwóch różnych sygnałów w jeden spójny obraz, zwany konwegencją. Impulsy z pierwszorzędowej kory wzrokowej przechodzą do drugorzędowej kory wzrokowej, - obszary 18 oraz 19, nazywanym obszarem kojarzeniowym . Nadaje ona interpretacje przedmiotowi który widzimy oraz kojarzenie ich z innymi impulsami pochodzącymi z innych ośrodków w mózgu.

Dzięki 19 obszarowi widząc na przykład krzesło, wiemy że służy do siedzenia, jest z drewna, ma cztery nogi, oparcie oraz siedzisko. W rozpoznawaniu przedmiotów bierze także udział płat skroniowy, konkretniej: zakręt dolny. -obszar 7 i 5 - odpowiada za stereoskopowość, czyli powstanie trójwymiarowego obrazu. Jest to postrzeganie przestrzenne przedmiotu, jego rozmieszczenie , czy daleko się od nas znajduje. Stereoskopowość powstaje dzięki napływom informacji z dwóch dróg wzrokowych, z których każda daje inny obraz rzeczywistości, dzięki czemu można ocenić dokładnie, w jakiej odległości przedmiot się od nas znajduje.

W mózgu jest to bardziej skomplikowany proces W mózgu jest to bardziej skomplikowany proces. Gdy impulsy docierają do mózgu, kierują się do pierwotnej kory słuchowej , który jest umiejscowiony w płacie skroniowym. W szczególności do obszarów 41 i 42 Brodmanna, które znajdują się w zakrętach Heschla. Są odpowiedzialne za odbieranie i przetwarzanie pierwszych sygnałów które docierają do naszego umysłu. Obszar 21 i 22 odpowiadają, miedzy innymi, za rozumienie dźwięków, ich interpretacje oraz umiejętność nadania im nazwy. Gdy słyszymy dźwięk jaki wydaje silnik, wiemy że nadjeżdża samochód. Tak przebiega proces rozpoznania poszczególnych przedmiotów poprzez słuch.

DOTYK Uznawany jest za jeden ze zmysłów, chociaż wrażenia określające dotyk są kombinacją sygnałów przesyłanych przez komórki reagujące na ciepło lub zimno, nacisk oraz ból. Dzięki tym odczuciom, jesteśmy w stanie rozpoznać przedmiot. Ten zmysł pomaga nam np. w określeniu faktury przedmiotu, jego ciężaru, rozmiaru oraz kształtu czy nawet kiedy poczujemy ból, poprzez ukłucie możemy sądzić, że ukłuliśmy się igłą.

Budowa: Zmysł dotyku mieści się w skórze, obejmuje 5 rodzajów mechanoreceptorów które różnią się: budową, lokalizacją w skórze, szybkością adaptacji, wielkością pól recepcyjnych. Udział bodźców w percepcji jest różny, zależny od ich cech fizycznych. Wrażenia dotykowe są stosunkowo prymitywnie przetwarzane przez system nerwowy. Mechanoreceptory, które są umieszczone w skórze, mięśniach i innych punktach ciała, reagujące na różne bodźce, które otrzymują zewnątrz, przekazują wrażenia te do mózgu.

W mózgu za rozpoznanie tych bodźców odpowiadają obszary Brodmana umieszczone w płacie ciemieniowym : - Obszary 1,2,3 – I-rzędowa kora somatosensoryczna - czucie( dotyk, ból, temperatura) - poczucie przestrzeni i odległości - prioprocepcja ( poczucie ciała, także stanu zewnętrznego) - obszary 5,7 – II-rzędowa kora somatosensoryczna, która łącząc wszystkie doznania z I-rzędowej kory somatosensorycznej daje nam zdolność wyobraźni przestrzennej, reprezentacji obrazowej.

SMAK Do przedmiotu można także zaliczyć pokarm, a najlepszym sposobem do rozpoznania jego może być zmysł smaku, który służy do chemicznej analizy składu pokarmu.   Podział wrażeń smakowych na cztery rodzaje smaku, z uwzględnieniem odpowiadających im grupom substancji chemicznych znajdujących w pożywieniu: - słodki– cukry proste i dwucukry, węglowodany - słony – sole sodu i potasu - kwaśny – kwasy organiczne i nieorganiczne - gorzki – alkaloidy oraz sole nieorganiczne

A) Język B) Brodawki z kubkami smakowymi na języku wraz z unerwiającymi je nerwami. C) Rodzaje brodawek z kubkami smakowymi: okolone, liściaste, grzybowate. Każdy z nich dominuje we wskazanych przez strzałki miejscach.

Smak w liczbach: W kubkach smakowych zawarte są receptory smakowe (ok. 100 w kubku) oraz komórki wspomagające. Szacuje się, iż czas reakcji na smak słony wynosi 0,3s, natomiast na smak gorzki 1s. Przy rozpoznawaniu smaków mózg posługuje się zmysłem węchu, dotyku, wzroku, termicznym, bólu (pikantność potrawy). Za rozpoznawanie smaków odpowiedzialne jest 43 pole Brodmana. Znajduje się w korze wyspy oraz wieczku czołowo-ciemieniowym. Droga smakowa: Język -> nerw VII, IX -> jądra pasma samotnego (rdzeń kręgowy) -> jądro brzuszno – tylne przyśrodkowe (wzgórze)-> kora smakowa -> zakręt zaśrodkowy, wyspa –>bruzda boczna (kora mózgowa)

WĘCH Węch, inaczej powonienie jest to zmysł chemiczny (obok smaku), którego działanie polega na wykrywaniu zapachów. Budowa i mechanizm działania: Narząd powonienia (węchu) zbudowany jest z komórek zmysłowo-węchowych oraz podporowych. Komórki węchowe zlokalizowane są w nabłonku wyścielającym górną część jamy nosowej, gdzie tworzą okolicę węchową tzw. pole węchowe. Komórki te zawierają również receptory błonowe komórek węchowych, które reagują na powstałe roztwory oraz cząsteczki ulatniające się z pokarmów podczas żucia. Na każdy przyjęty bodziec błona komórkowa wytwarza depolaryzację: każdy wytworzony impuls nerwowy przesuwa się kolejno wzdłuż nerwu węchowego do ośrodkowego układu nerwowego, gdzie powstaje wrażenie węchowe. Jedynym nerwem, którego zakończenia mają bezpośredni kontakt ze środowiskiem zewnętrznym jest nerw węchowy. Komórki podporowe – są to komórki wydzielające śluz, rozpuszczający cząsteczki związków chemicznych. 34 pole Brodmana – jest to korowy ośrodek węchu. Znajduje się w zakręcie półksiężycowatym i okalającym. Odpowiedzialny jest za rozpoznawanie zapachów Komórki węchowe bardzo szybko się męczą, liczba rozróżnianych zapachów sięga 4 tysiące. Próg pobudzenia wyrażany jest minimalnym stężeniem merkaptanu metylu w powietrzu i jest równy 4x10 mg/l.

Lokalizacja receptorów węchu: opuszka węchowa, nabłonek węchowy, 3. jama nosowa

PSYCHOLOGIA

W jaki sposób rozpoznajemy przedmioty W jaki sposób rozpoznajemy przedmioty? W kontekście psychologicznym do rozpoznania obiektu dochodzi w wyniku percepcji. Gdy widzimy dany przedmiot, odzwierciedlamy go w naszym systemie poznawczym. Oznacza to, że aktywnie interpretujemy dane zmysłowe. Podczas tej interpretacji uwzględniamy takie rzeczy jak kontekst czy nastawienie. Korzystamy przy tym również z wcześniej zdobytej wiedzy.   Do rozpoznania przedmiotu potrzebna jest nam uwaga, gdy skupimy się nad obiektem możemy dokonać selekcji informacji, ale również odzwierciedlić rzeczy w umyśle, a do tego wykorzystujemy reprezentacje obrazowe.

Reprezentacje obrazowe Dzięki wykorzystaniu tej reprezentacji możemy zwrócić uwagę na różne aspekty przedmiotu. Reprezentacje te oparte są na percepcji. Według Stephena Kosslyna wyobrażenia składają się z dwóch komponentów: • Powierzchniowy(wyobrażenie), czyli to co jest nietrwałe i świadome, doświadczane wewnętrznie; • Głęboki(pamięć długotrwała), czyli to, co nie jest dostępne dla świadomości, zapisywane w pamięci, Składnik powierzchniowy wyobrażenia jest generowany ze składnika głębokiego. Dzięki wyobrażeniu, które powstaje już po zaobserwowaniu przedmiotu możemy zaprezentować obiekt w umyśle - podobieństwo do własności obiektu (bodźca). Można dokonywać podobnych operacji na reprezentacja obrazowych co na obiektach

Kolejną pomoc rozpoznawaniu przedmiotów uzyskujemy za pomocą reprezentacji werbalnej, w której wykorzystywane są elementy języka. Dla lepszego zrozumienia zaprezentujemy przykład: Który miś jest większy? Miś w fioletowych ogrodniczkach jest większy od misia w czerwonych. Miś w różowych ogrodniczkach jest niższy od misia w czerwonych ogrodniczkach. W reprezentacji obrazowej od razu zauważymy, że to miś w fioletowych ogrodniczkach jest największy, a w reprezentacji werbalnej potrzebujemy więcej czasu na weryfikację sylogizmów. Podsumowując, możemy również rozpoznawać przedmioty nie widząc ich, ale podczas czytania przeistaczamy to w reprezentacje werbalną. Pierwowzór weryfikacji treści wykorzystywany jest w psycholingwistyce.

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Przez rozpoznawanie przedmiotów mamy na myśli wszystko, co dotyczy ich kształtu, barwy, zapachu, dźwięku i nawet ich smaku. Czy potrafimy stworzyć modele zachowań inteligentnych lub programy komputerowe symulujące zachowania człowieka przy rozpoznawaniu przedmiotów ? Badania nad sztuczna inteligencją dążą w kierunku naśladowania zachowań człowieka i wyjaśnienia działania umysłu.

Trzeba również wspomnieć o sztuczne inteligencji, która obejmuje również taką dziedzinę wiedzy jak sieci neuronowe, wymagające jednorazowego nauczenia, przy czym wykazują one tolerancję na nieciągłości, przypadkowe zaburzenia lub wręcz braki w zbiorze uczącym. Pozwala to na zastosowanie ich tam, gdzie nie da się rozwiązać danego problemu w żaden inny, efektywny sposób. Ze względu na specyficzne cechy i niepodważalne zalety, obszar zastosowań sieci neuronowych jest rozległy, ale również może być wykorzystywany w rozpoznawaniu wzorców (znaków, liter, kształtów, sygnałów mowy, sygnałów sonarowych).

Rozpoznawanie wzorców zastosowane w codzienności Automatyczne rozpoznawanie tablic rejestracyjnych(ARTR). ARTR to nowoczesna technologia wykorzystująca kamery obserwujące drogę oraz komputer pobierający i przetwarzający obraz z tych kamer. Analiza obrazu polega na zlokalizowaniu pojazdu, odnalezieniu tablicy rejestracyjnej, odczytaniu jej i odpowiedniej kwalifikacji. Pozwala to na szybkie automatyczne rozpoznanie i identyfikację samochodu bez potrzeby używania kart dostępu, dodatkowych oznaczeń czy nadajników. Każdy numer tablicy rejestracyjnej zostaje zapisany w bazie danych wraz z szczegółowymi informacjami - datą i godziną, numerem kamery, wjazdu i wyjazdu oraz zdjęciem samochodu. Program pozwala na łatwe przeglądanie listy rozpoznanych numerów tablic wraz z odtworzeniem zdjęcia samochodu. System rozpoznaje numery wszystkich tablic (białych, czarnych, żółtych i innych), akceptuje różne wielkości i kroje znaków. Został on stworzony pod kątem rozpoznawania polskich jak i zagranicznych tablic rejestracyjnych. Taki system rozpoznający ustawiony na dwóch końcach autostrady pozwala przykładowo na obliczenie prędkości jadącego samochodu.

W wojsku również stosuje się odpowiednie kamery, które podczas wejścia rozpoznaje twarz jednostki, analizując kim ta osoba jest, jej ubiór oraz to, co posiada przy sobie np. torbę czy paczkę. Te wszystkie informacje zapisywane są w systemie. Podczas opuszczania budynku prze osobę , kamera rozpoznaje twarz i analizuje wszystkie szczegóły. Przy braku rzeczy, która została wcześniej zarejestrowana, uruchamia system alarmujący pracowników.

Zastosowanie sztuczne inteligencji możemy znaleźć również w próbach pomocy osobom niewidomym. Naukowiec z Karkowa prof. Andrzej Kos z krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej wraz ze współtwórcami opracował matryce termiczną, która pomaga poczuć kolor lub kształt osobie niewidomej. Matryca termiczna przypomina skrzynkę wielkości kartki papieru o grubości 5-6 cm. Ma gładką powierzchnię, co odróżnia ją od klasycznych urządzeń do odczytywania alfabetu Braille'a. Dzięki odpowiednio umieszczonym punktom cieplnym, które generują zróżnicowane ciepło, osoba niewidoma może rozpoznać przykładowo znaki Braille'a, figury geometryczne, koła, okręgi prostokąty, trójkąty, obrazy zwierząt, budynków, oraz ruch. Niewidomy może śledzić transmisje sportowe, czyli np. sprint i przekonać się, jak zawodnicy przemieszczają się na bieżni, ich ustawienie względem siebie, odległości między nimi i jak to wszystko rozkłada się w czasie. Nadal są prowadzone testy przez osoby niewidome nad prototypami matrycy. Ocena pedagogów jest pozytywna. Dzięki temu osoby te mogą choć w przybliżeniu ‘widzieć’ to co osoby widzące.

Zaciekawić również mogą badania nad tzn. Sztucznym oku na palcu Zaciekawić również mogą badania nad tzn. Sztucznym oku na palcu. Inżynierowie z MIT Media Lab tworzą właśnie urządzenie, które nie opiera się na rewolucyjnej technologii, lecz może zupełnie zrewolucjonizować życie osób niewidomych. Jest to miniaturowy, zakładany na palec komputer wyposażony w kamerkę i głośnik, który rozpoznaje tekst i jest w stanie czytać go na głos w czasie rzeczywistym dając osobom niewidzącym dostęp do zwykłych tekstów. Całe urządzenie wygląda nieco jak przerośnięty pierścień, choć zasady jego działania są proste, samo urządzenie jest dosyć skomplikowane. Specjalne oprogramowanie śledzi ruch palca, identyfikując poszczególne słowa odczytywane przez kamerę i przetwarza je na głos, a do tego daje znać wibracjami gdy palec osoby czytającej zjeżdża z tekstu. Na chwile obecną urządzenie jest testowane, a jego twórcy sądzą, że po zakończeniu testów uda się je wprowadzić na rynek w atrakcyjnej cenie.

Sztuczna inteligencja (AI - ang Sztuczna inteligencja (AI - ang. artificial inteligence) w ostatnich latach staje się coraz bardziej popularna i częściej stosowana przez ludzi biznesu. Gwałtowny rozwój elektroniki oraz informatyki sprzyja rozwojowi tej dziedziny nauki. Rozwój AI jest ważny, bowiem może pomóc człowiekowi w codziennym życiu. Więc z nadzieją można sądzić, że w najbliższych latach zostaną stworzone modele systemowe czy programy komputerowe rozwiązujące problemy jak człowiek, które będą mogły pomóc nam w codziennym życiu.

Rozpoznawanie przedmiotów jest, mimo wszystko, bardzo złożonym procesem zarazem neurobiologicznym jak i psychologicznym. Wiele systemów, które zostały skonstruowane na podstawie ludzkiego umysłu, pomagają w życiu wielu ludziom, m.in. niewidomych. Proces rozpoznawania przedmiotów jest bardzo ważny w życiu każdego człowieka, i warto wiedzieć jak on przebiega.

Bibliografia 1.Edward Nęcka: Psychologia poznawcza. 2. Biederman: Recognition by components: a theory of human im age understanding. 3. S.M. Kosslyn, R.S. Rosenberg: Psychologia. Mózg. Człowiek. Świat. 4. Matura 2014 Vademecum Biologia, Operon 5. https://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/Mozg/09-2-sluch.htm 6. http://www.ergonomia.agh.edu.pl/Skrypt_Ergonomia-M.Wykowska/ergonomia/nr_15.htm 7. http://pl.wikipedia.org/wiki/Pola_Brodmanna 8. http://pl.wikipedia.org/wiki/W%C4%99ch 9. http://pl.wikipedia.org/wiki/Smak_%28fizjologia%29 10. http://pl.wikipedia.org/wiki/Dotyk 11. http://www.kognitywistyka.net/ 12. http://www.kognitywistyka.net/mozg/funkcje.html 13. http://www.is.umk.pl/~duch/Wyklady/KogP/05-zmysly.htm 14. http://www.is.umk.pl/~duch/Wyklady/KogP/05-zmysly.htm 15. http://pl.wikipedia.org/wiki/Percepcja 16. http://www.bryk.pl/wypracowania/biologia/cz%C5%82owiek/12480-zmys%C5%82_wzroku_i_s%C5%82uchu.html 17. http://pl.wikiquote.org/wiki/Neuronauka 18. http://sciaga.pl/tekst/88992-89-narzad_sluchu_i_rownowagi_ucho 19. http://www.geekweek.pl/aktualnosci/19742/sztuczne-oko-na-palcu 20. http://www.biuletyn.agh.edu.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=692:16&catid=92:listopad-2011-nr-47