Gehirn verbindet die Punkte in Strichzeichnungen
Die Forscher fanden heraus, dass das Betrachten einer in einer Strichzeichnung dargestellten „Strandszene“ bei den Studienteilnehmern nahezu dieselben Muster der Gehirnaktivität aktivierte wie das Betrachten eines tatsächlichen Farbfotos eines Strandes.
Das Gleiche galt, wenn Menschen Strichzeichnungen und Fotografien anderer natürlicher Szenen wie Straßen, Wälder, Autobahnen, Berge und Büros der Stadt betrachteten.
Selbst wenn Forscher bis zu 75 Prozent der Pixel in einer Strichzeichnung entfernten, konnten die Menschen bemerkenswerterweise besser als zufällig bestimmen, was die Linien darstellten - solange die verbleibenden Linien die breiten Konturen der Szene zeigten.
"Unsere Ergebnisse legen nahe, dass unser Gehirn aus nur wenigen Zeilen ganze detaillierte Szenen nachbilden kann", sagte Dr. Dirk Bernhardt-Walther, Hauptautor der Studie und Assistenzprofessor für Psychologie an der Ohio State University.
"Die Darstellungen in unserem Gehirn zur Kategorisierung dieser Szenen scheinen etwas abstrakter zu sein, als manche vielleicht gedacht haben - wir brauchen keine Merkmale wie Textur und Farbe, um einen Strand von einer Straßenszene zu unterscheiden", sagte er.
Forschungsergebnisse werden in der Online-Frühausgabe des veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Für die Studie betrachteten 10 Teilnehmer Farbfotos und Strichzeichnungen von sechs Kategorien von Szenen - Strände, Straßen, Wälder, Autobahnen, Berge und Büros -, während ihr Gehirn mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) gescannt wurde.
Die fMRT-Bilder zeigten den Forschern, was in verschiedenen Bereichen des Gehirns der Teilnehmer vor sich ging, als sie die Fotos und Strichzeichnungen betrachteten. Die wichtigsten Ergebnisse wurden im parahippocampalen Ortsbereich (PPA) erzielt, einem Bereich des Gehirns, von dem Wissenschaftler wissen, dass er eine wichtige Rolle bei der Kodierung und Erkennung von Szenen (anstelle von Gesichtern oder Objekten) spielt.
Anhand der Daten, aus denen die Teilnehmer die Farbfotos betrachteten, trainierten die Forscher einen softwarebasierten Decoder, um anhand der Muster der Gehirnaktivität in der in gezeigten PPA zu bestimmen, welche Art von Szene die Teilnehmer betrachteten - einen Strand, einen Berg usw. das fMRI.
Der Decoder war alles andere als perfekt, aber er konnte besser als zufällig vorhersagen, welche Szene eine Person in einem bestimmten fMRI-Bild sah.
Am wichtigsten ist, dass der Decoder genauso gut vorhersagen kann, welche Szene eine Person gesehen hat, wenn sie sich auf Strichzeichnungen konzentriert hat, wie auf Fotos. Tatsächlich konnte der Decoder Strichzeichnungen im Vergleich zu Fotografien im primären visuellen Kortex etwas besser - wenn auch nicht signifikant - vorhersagen.
„Wir haben erwartet, dass Strichzeichnungen gut genug sind, um eine gewisse Dekodierung zu ermöglichen, aber es war überraschend, dass Fotos keinen Nutzen haben - der Dekodierer war bei der Verwendung auf Fotos nicht besser als auf Strichzeichnungen“, sagte Bernhardt-Walther .
Die Ergebnisse zeigten, dass der Decoder, wenn er auf Fotos trainiert wurde, immer noch genauso gut vorhersagen konnte, welche Szenen in Strichzeichnungen angezeigt wurden, und umgekehrt.
"Das deutet darauf hin, dass das Gehirn dieselben Informationen verwendet, um zu dekodieren, welche Szene es gerade sieht, wenn es mit Strichzeichnungen oder Fotos präsentiert wird", sagte er.
Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass der Decoder, wenn er Fehler machte, ähnliche Fehler sowohl in Fotos als auch in Strichzeichnungen machte. Wenn der Decoder beispielsweise dachte, die Leute würden ein Foto eines Berges betrachten, während sie wirklich ein Foto eines Waldes betrachteten, würde dies den gleichen Fehler machen, wenn er Strichzeichnungen analysierte.
"Die Fehlermuster stimmen unglaublich gut überein. Dies ist ein zusätzlicher Beweis dafür, dass die Darstellungen für Fotos und Strichzeichnungen im Gehirn sehr ähnlich sind", sagte Bernhardt-Walther.
Aber was ist mit Strichzeichnungen, die es den Menschen ermöglichen, zu erkennen, was sie darstellen? Im Rahmen der Studie entfernten die Forscher einige der Linien in den Strichzeichnungen und fragten die Teilnehmer, ob sie noch erkennen könnten, welche Szene dargestellt wurde. In einigen Fällen wurden bis zu 75 Prozent der Pixel in der Zeichnung entfernt.
Wenn die Forscher die langen Konturen in den Zeichnungen belassen würden, die die globale Struktur - wie Himmel, Wasser oder Sand - darstellen, könnten die Teilnehmer immer noch richtig vorhersagen, welche Art von Szene in etwa 60 Prozent der Fälle dargestellt wurde.
Als die Forscher diese langen Konturen herausnahmen und nur kurze hinterließen - Details wie Blätter, Fenster in Gebäuden oder einzelne Grate in einem Berghang -, ging die Genauigkeit der Teilnehmer weit zurück.
Diese Ergebnisse werfen Zweifel an einigen Modellen der visuellen Wahrnehmung des Menschen auf, die argumentieren, dass Menschen spezifische Informationen benötigen, die in Fotografien zu finden sind - wie Farbe, Schattierung und Textur -, um eine Szene zu klassifizieren.
"Natürlich nutzen wir die reichhaltigen Informationsquellen eines Fotos, wenn es verfügbar ist, aber das Gehirn ist ein Opportunist - es nutzt das, was verfügbar ist", sagte Bernhardt-Walther. "Wir können viele Informationen aus einer Strichzeichnung erhalten."
Die Ergebnisse legen auch nahe, warum Strichzeichnungen in der Geschichte der Menschheit eine so wichtige Rolle gespielt haben, sowohl als Kunstform als auch als Möglichkeit, Informationen einfach darzustellen.
„Stellen Sie sich das Erstaunen des frühen Menschen vor, als er entdeckte, dass er Formen auf eine Felswand zeichnen konnte und es dem tatsächlichen Tier ähnelte, das er gerade getötet hatte. Strichzeichnungen sind seit prähistorischen Zeiten bei uns “, sagte Bernhardt-Walther.
Quelle: Ohio State University
