מדענים מגלים אבן בניין ייחודית של חזון אנושי

מחקרים מראים שתינוקות רואים בעיקר דפוסים פשוטים בעלי ניגודיות גבוהה, מהווים בסיס ויזואלי חיוני להתפתחות מאוחרת יותר ומשפיעים הן על הראייה האנושית והן על אימון בינה מלאכותית.

מה תינוקות רואים? על מה הם מסתכלים? התשובות לשאלות אלו שונות מאוד עבור התינוקות הצעירים ביותר מאשר עבור תינוקות גדולים יותר, ילדים ומבוגרים. מאופיינות בכמה קצוות בעלי ניגודיות גבוהה בדפוסים פשוטים, הסצנות המוקדמות הללו מכילות גם את החומרים הדרושים לבניית בסיס חזק לראייה אנושית.

כך עולה ממחקר חדש שפורסם לאחרונה ב התקדמות המדע על ידי חוקרי IU ארין אנדרסון, רואן קנדי, ג'ייסון גולד ולינדה סמית'.

"ההנחה ההתחלתית של כל מי שחושב על תפקידה של ניסיון בפיתוח חזותי הייתה תמיד שבסקאלה של החוויה היומיומית, קלט חזותי הוא כמעט זהה לכולם", מסבירה החוקרת הראשית לינדה סמית', פרופסור במחלקה ל- מדעי הפסיכולוגיה והמוח. "עם זאת, המחקר הזה אומר, לא, קלט חזותי משתנה עם ההתפתחות. זה לא אותו דבר עבור כולם. נראה שהקלט בחיי היומיום של תינוקות צעירים מאוד הוא ייחודי לגיל זה."

מחקרים קודמים במעבדה ובקליניקה הראו שתינוקות צעירים מעדיפים להסתכל על סצנות פשוטות עם ניגודיות גבוהה של פסים שחורים גדולים ודמקה. המחקר הנוכחי הוא הראשון ששואל באיזו מידה ההעדפות הללו מהוות את הקלט בחיי היומיום שלהם. "כדי לראות מה תינוקות צעירים רואים ומסתכלים עליו", אומרת אנדרסון, חוקרת פוסט-דוקטורט לשעבר במעבדה לפיתוח קוגניטיבי של סמית', היא ועמיתיה שמו מצלמות ראש על תינוקות לענוד בבית במהלך פעילויות היומיום.

"אתה יכול לקנות 'כרטיסי פלאש לתינוקות' עבור יילודים שמציגים את התמונות הפשוטות האלה עם ניגודיות גבוהה", היא מסבירה. "מה שסרטוני המצלמה הראשיים מראים, מה שהעבודה הזו מראה, הוא שתינוקות צעירים מוצאים את סוגי התמונות האלה סביבם בחיי היומיום שלהם, רק על ידי התבוננות בדברים כמו אורות ופינות תקרה."

"מה שמצאנו הוא 'דיאטה' מוקדמת מאוד מיוחדת לפיתוח חזותי", מוסיף סמית'. "כמו באוכל, תינוקות צעירים לא מתחילים עם ארוחות עשירות ומורכבות או פיצה, אלא עם הזנה פשוטה וספציפית להתפתחות."

עבודה קודמת הכירה באופי הקריטי של תקופה מוקדמת זו לפיתוח העתידי של הראייה האנושית. לדוגמה, תינוקות שנולדו עם הפרעות ראייה כמו קטרקט או כאלה בבתי יתומים עם חוויות ראייה מוגבלות הוכחו כסובלים מליקויים חזותיים לכל החיים. המחקר הנוכחי מציע כמה נתונים ראשוניים לטיפול בליקויים אלה. יש לזה גם השלכות חשובות על יצירתן של מערכות חזותיות בינה מלאכותית, אשר רוכשות גם כן מיומנויות חזותיות חזקות יותר כאשר האימון מתחיל עם אותו תוכן ויזואלי פשוט ובעל ניגודיות גבוהה.

"הקנה המידה העצום של הקלט בחיי היומיום"

כדי לזהות את המאפיינים של קלט חזותי אצל תינוקות בגיל שלושה עד 13 חודשים בערך, החוקרים הציבו מצלמות וידאו צמודות ראש על 10 תינוקות ו-10 מהמטפלים המבוגרים שלהם, אספו וניתחו 70 שעות של תיעוד חזותי של חיי היומיום בבית. הבדלים ברורים מופיעים בין תוכן התינוקות לתמונות של מבוגרים עם ריכוז גבוה יותר של דפוסים פשוטים וקצוות בעלי ניגודיות גבוהה בתצוגות של תינוקות מאשר באלו של מבוגרים.

סמית' מסיק שהסיבה לדעות הללו היא לא רק שתינוקות יפנו את ראשם כדי להסתכל על תכונות העולם שהם יכולים לראות, אלא שהורים או מטפלים צפויים לשים אותם במקומות שבהם הם אוהבים להסתכל על דברים. "אתה צריך לחשוב למה הם נמצאים איפה שהם נמצאים. יש כנראה ידע טבעי מרומז מצד ההורים להשאיר תינוקות איפה שהם אוהבים להסתכל על דברים. אמא לא תפריע לך אם אתה לא מתעסק", היא מעידה.

ובכל זאת, האם קבוצה קטנה זו של משתתפים מבלומינגטון, אינדיאנה, מייצגת תינוקות באופן רחב יותר ברחבי העולם? כדי לענות על שאלה זו ערכה המעבדה של סמית' את אותו ניסוי עם משתף פעולה בכפר דייגים קטן וצפוף בצ'נאי, הודו שבו החשמל הוא מינימלי וחלק גדול מחיי היומיום מתרחשים בחוץ. ולמרות שתמונות ממצלמות הראש של ילדים בני 6 חודשים ו-12 חודשים נראו שונות מאוד מעמיתיהם בבלומינגטון, התינוקות הצעירים חולקים "תזונה" משותפת של קצוות בעלי ניגודיות גבוהה ודפוסים פשוטים בצ'נאי ובבלומינגטון.

תמונות גדולות יותר, עבר ועתיד

סמית' ושותפי הפעולה שלה גם הראו שאותו רצף של תמונות משפר את האימון של מערכות חזותיות בינה מלאכותית. בהמשך למחקר הנוכחי, שפורסם בכנס Proceedings 2023 Neural Information Processing Systems Conceedings, הם מצאו שאם אתה מאמן מערכת בינה מלאכותית על ידי הזנתה תחילה בתמונות האופייניות לגיל הינקות המוקדמת, יש לה הצלחה גדולה יותר ללמוד לזהות תמונות ויזואליות מאשר אם אתה מאכיל אותו בתמונות בסדר התפתחות אקראי או פשוט מספק תמונות אופייניות לחיי היומיום של מבוגר. רצף ההתפתחות המדויק יותר הניב את התוצאות הטובות ביותר.

עבודתם פותחת אפיקים חדשים לספקולציות אבולוציוניות. כפי שמסביר סמית, "אחד הדברים שתמיד שאלתי כסטודנט לתואר שני – ואולי יש לנו הזדמנות לענות על זה – הוא מדוע לתינוקות אנושיים יש התפתחות מוטורית איטית כל כך. הם מבלים כשלושה חודשים רק בהקשבה והסתכלות ועוד שישה חודשים עם קצת יציבה ושליטה בראש. למה הם כל כך איטיים? סוסים יוצאים ומנהלים מירוצים".

מחקר זה מצביע על כך ש"במשך זמן אבולוציוני ההטיות האיטיות, המצטברות והאופטימליות הללו פועלות לבנות מערכת חזותית ושמיעתית חכמה מאוד", היא אומרת. "זה סיפור שאפשר לספר."

בינתיים, עבודתם מעלה שאלות חדשות על התוכן החזותי של הינקות המוקדמת ותפקידו במערכת הראייה המתפתחת, בין אם אנושית ובינה מלאכותית.

המחקר מומן על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאות והקרן הלאומית למדע בארה"ב.