David Marr (neuronaukowiec) - David Marr (neuroscientist)

David C. Marr
Urodzić się ( 19.01.2019 )19 stycznia 1945
Woodford, Londyn , Wielka Brytania
Zmarł 17 listopada 1980 (1980-11-17)(w wieku 35 lat)
Cambridge, Massachusetts , Stany Zjednoczone
Alma Mater Trinity College, Cambridge
Nagrody Nagroda IJCAI Komputery i Myśl
Kariera naukowa
Pola Neuronauka obliczeniowa
Sztuczna inteligencja
Psychologia
Instytucje Instytut Technologii w Massachusetts
Praca dyplomowa Ogólna teoria kory mózgowej  (1972)
Doradca doktorski Giles Brindley
Doktoranci Shimon Ullman
Eric Grimson
John M. Hollerbach

David Courtenay Marr (19 stycznia 1945 – 17 listopada 1980) był brytyjskim neurobiologiem i fizjologiem . Marr zintegrował wyniki z psychologii , sztucznej inteligencji i neurofizjologii w nowe modele przetwarzania wzrokowego . Jego praca miała duży wpływ na neuronaukę obliczeniową i doprowadziła do odrodzenia zainteresowania tą dyscypliną.

Biografia

Urodzony w Woodford w Essex i wykształcony w Rugby School ; został przyjęty do Trinity College w Cambridge w dniu 1 października 1963 (po przyznaniu stypendium otwartego i Lees Knowles Rugby Exhibition).

Otrzymał stypendium Coutts Trotter w 1966 iw tym samym roku uzyskał tytuł licencjata z matematyki. W 1968 roku został wybrany na Research Fellow of Trinity College w Cambridge. Jego rozprawa doktorska pod kierunkiem Gilesa Brindleya została przedstawiona w 1969 roku i opisał jego model funkcji móżdżku oparty głównie na danych anatomicznych i fizjologicznych zebranych z książki JC Ecclesa. . Jego zainteresowania przeszły od ogólnej teorii mózgu do przetwarzania wzrokowego. Następnie pracował w Massachusetts Institute of Technology , gdzie objął stanowisko wydziału na Wydziale Psychologii w 1977 roku, a następnie został mianowany profesorem zwyczajnym w 1980 roku. Marr zaproponował, że zrozumienie mózgu wymaga zrozumienia problemów, z którymi się boryka. i znalezione rozwiązania. Podkreślił potrzebę unikania ogólnych debat teoretycznych i skupienia się na zrozumieniu konkretnych problemów.

Marr zmarł na białaczkę w Cambridge w stanie Massachusetts w wieku 35 lat. Jego odkrycia zebrano w książce Vision: A computational research into the humanpresentation and processing of visual information , która została ukończona głównie latem 1979 roku, została opublikowana w 1982 po jego śmierci i wznowiony w 2010 przez The MIT Press. Ta książka odegrała kluczową rolę w początkach i szybkim rozwoju dziedziny neuronauki obliczeniowej . Był żonaty z Lucią M. Vaina z Wydziału Inżynierii Biomedycznej i Neurologii Uniwersytetu Bostońskiego.

Na jego cześć przyznano różne nagrody i wyróżnienia naukowe. Marr nagrody , jedna z najbardziej prestiżowych nagród w wizji komputerowej The Medal Marr David przyznawane co dwa lata przez Stowarzyszenie Vision Stosowanej w Wielkiej Brytanii, a Cognitive Science Society również nagrody nagrody Marr na najlepszą pracę studencką na dorocznej konferencji .

Praca

Teorie móżdżku, hipokampu i kory nowej

Marr jest najbardziej znany ze swojej pracy nad wzrokiem, ale zanim zaczął pracować nad tym tematem, opublikował trzy przełomowe artykuły proponujące teorie obliczeniowe móżdżku (w 1969), kory nowej (w 1970) i ​​hipokampa (w 1971). Każdy z tych artykułów przedstawiał ważne nowe idee, które nadal wpływają na współczesne myślenie teoretyczne.

Móżdżek teorię motywowane przez dwie unikalne funkcje móżdżku anatomii (1) móżdżku zawierają ogromne ilości drobnych komórek ziarnistych , z których każdy odbiera tylko kilka wejść z „włókien omszałych”; (2) Każda komórka Purkiniego w korze móżdżku otrzymuje dziesiątki tysięcy sygnałów wejściowych z „włókien równoległych”, ale tylko jeden sygnał wejściowy z pojedynczego „włókna wspinającego się”, które jednak jest niezwykle silne. Marr zasugerował, że komórki ziarniste kodują kombinacje wejść z włókien kiciastych, a włókna pnące przenoszą „uczący” sygnał, który instruuje komórki Purkinjego, aby modyfikowały siłę połączeń synaptycznych z włókien równoległych.

Teoria kory nowej opierała się głównie na odkryciach Davida Hubela i Torstena Wiesela , którzy znaleźli kilka rodzajów „detektorów cech” w głównym obszarze wzrokowym kory. Marr zaproponował, uogólniając tę ​​obserwację, że komórki w korze nowej są elastycznymi kategoryzatorami — to znaczy uczą się struktury statystycznej swoich wzorców wejściowych i stają się wrażliwe na często powtarzane kombinacje.

Teoria hipokampu (którą Marr nazwał „archikorteksem”) była motywowana odkryciem przez Williama Scoville i Brendę Milner, że zniszczenie hipokampa spowodowało amnezję dla wspomnień nowych lub niedawnych wydarzeń, ale pozostawiło nienaruszone wspomnienia wydarzeń, które miały miejsce wiele lat wcześniej. Marr nazwał swoją teorię „pamięcią prostą”: podstawową ideą było to, że hipokamp może szybko tworzyć ślady pamięciowe prostego typu poprzez wzmacnianie połączeń między neuronami. Co ciekawe, artykuł Marra tylko poprzedził o dwa lata artykuł Tima Blissa i Terje Lømo, który dostarczył pierwszego wyraźnego doniesienia o długotrwałym wzmocnieniu w hipokampie, rodzaju plastyczności synaptycznej, bardzo podobnej do hipotezy Marra. (Artykuł Marra zawiera przypis mówiący o wstępnym sprawozdaniu z tego odkrycia). Szczegóły teorii Marra nie mają już wielkiej wartości z powodu błędów w jego rozumieniu anatomii hipokampa, ale podstawowa koncepcja hipokampa jako tymczasowego systemu pamięci pozostaje w szereg nowoczesnych teorii. Na końcu swojej pracy Marr obiecał kontynuację artykułu na temat relacji między hipokampem a korą nową, ale nigdy nie pojawił się taki artykuł.

Poziomy analizy

Marr traktował wizję jako system przetwarzania informacji. Wysunął (w porozumieniu z Tomaso Poggio ) ideę, że należy rozumieć systemy przetwarzania informacji na trzech odrębnych, uzupełniających się poziomach analizy. Ta idea znana jest w kognitywistyce jako Hipoteza Trójpoziomowa Marra:

  • poziom obliczeniowy: co robi system (np. jakie problemy rozwiązuje lub pokonuje) i podobnie, dlaczego robi te rzeczy
  • poziom algorytmiczny (czasami poziom reprezentacyjny): w jaki sposób system robi to, co robi, konkretnie, jakich reprezentacji używa i jakie procesy wykorzystuje do budowania i manipulowania reprezentacjami
  • poziom wdrożeniowy/fizyczny: w jaki sposób system jest fizycznie realizowany (w przypadku widzenia biologicznego, jakie struktury nerwowe i czynności neuronalne realizują system wzrokowy)

Etapy widzenia

Marr opisał widzenie jako przejście od dwuwymiarowego układu wizualnego (na siatkówce) do trójwymiarowego opisu świata jako wyjścia. Jego etapy wizji obejmują:

  • pierwotny szkic sceny, na podstawie ekstrakcji cech podstawowych elementów sceny, w tym krawędzi, regionów itp zanotować podobieństwo koncepcji do szkicu ołówkiem szybko opracowanego przez artystę jako wrażenie.
  • 2.5D szkic sceny, gdzie tekstury są potwierdzone, itp Zauważ podobieństwo koncepcji na scenę w rysunku gdzie Highlights artysty lub odcieniach obszarów kadru, aby zapewnić głębokość.
  • modelu 3D , gdzie scena jest wizualizowane w trybie ciągłym, 3-wymiarowej mapie.

Szkic 2.5D jest powiązany ze stereopsją , przepływem optycznym i paralaksą ruchu . Szkic 2,5D pokazuje, że w rzeczywistości nie widzimy całego naszego otoczenia, ale tworzymy skoncentrowany na widzu trójwymiarowy widok naszego otoczenia. Szkic 2,5D to tak zwana technika rysowania paraline wizualizacji danych, często określana ogólnym terminem „rysunek aksonometryczny” lub „ izometryczny ” i jest często używana przez współczesnych architektów i projektantów.

Trzyetapowa struktura Marra nie oddaje dobrze centralnego etapu przetwarzania wzrokowego : uwagi wizualnej . Nowsza, alternatywna struktura proponowała, że ​​wizja składa się z trzech następujących etapów: kodowania, selekcji i dekodowania. Kodowanie polega na próbkowaniu i reprezentowaniu bodźców wzrokowych (np. przedstawianie bodźców wzrokowych jako czynności neuronalnych w siatkówce). Selekcja lub selekcja uważna polega na wybraniu niewielkiego ułamka informacji wejściowej do dalszego przetwarzania, np. poprzez przesunięcie spojrzenia na obiekt lub lokalizację wizualną, aby lepiej przetworzyć sygnały wizualne w tej lokalizacji. Dekodowanie polega na wywnioskowaniu lub rozpoznaniu wybranych sygnałów wejściowych, np. rozpoznaniu obiektu w centrum spojrzenia jako czyjejś twarzy.

Zobacz też

Publikacje

  • (1969) „Teoria kory móżdżku”. J. Physiol. , 202:437–470.
  • (1970) „Teoria dla kory mózgowej”. Proceeding of the Royal Society of London B , 176:161-234.
  • (1971) „Prosta pamięć: teoria archkorteksu”. Phil. Przeł. Królewski Soc. Londyn , 262:23–81.
  • (1974) „Obliczanie jasności przez siatkówkę naczelnych”. Badania wizji , 14:1377-1388.
  • (1975) „Podejścia do biologicznego przetwarzania informacji”. Nauka , 190:875-876.
  • (1976) „Wczesne przetwarzanie informacji wizualnych”. Phil. Przeł. R. Soc. Londyn. B , 275:483-524.
  • (1976) „Kooperacyjne obliczanie dysproporcji stereofonicznej”. Nauka , 194:283-287. (z Tomaso Poggio)
  • (marzec 1976) „Sztuczna inteligencja: osobisty pogląd”. Raport techniczny AIM 355, MIT AI Laboratory, Cambridge, MA.
  • (1977) „Sztuczna inteligencja: osobisty pogląd”. Sztuczna inteligencja 9(1), 37-48.
  • (1977) „Od zrozumienia obliczeń do zrozumienia obwodów neuronowych”. Neuronauki Res. Wałówka. Byk. , 15:470–488. (z Tomaso Poggio)
  • (1978) „Reprezentacja i rozpoznawanie organizacji przestrzennej trójwymiarowych kształtów”. Proceeding of the Royal Society of London B , 200:269-294. (z HK Nishiharą)
  • (1979) „obliczeniowa teoria stereowizji człowieka”. Proceeding of the Royal Society of London B , 204:301-328. (z Tomaso Poggio)
  • (1980) „Teoria wykrywania krawędzi”. Proc. R. Soc. Londyn. B , 207:187-217. (z E. Hildreth)
  • (1981) „Sztuczna inteligencja: osobisty pogląd”. W Haugeland, J., ed., Mind Design , rozdział 4, strony 129-142. MIT Press, Cambridge, MA.
  • (1982) „Reprezentacja i rozpoznawanie ruchów kształtów”. Proceeding of the Royal Society of London B , 214:501-524. (z LM Vainą)
  • (1982) Vision: A Computational Investigation do Human Representation and Processing of Visual Information. San Francisco: WH Freeman and Company. ISBN  0-7167-1284-9 . (W 2010 roku prasa MIT ponownie opublikowała książkę z przedmową od Shimona Ullmana i posłowiem od Tomaso Poggio pod numerem ISBN  9780262514620. )

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Vaina, LM, wyd. (1990). Od siatkówki do kory nowej: wybrane prace Davida Marra . Boston, MA: Birkhauser.

Linki zewnętrzne