Sin huesos: las personas identifican objetos visualizando su ‘esqueleto’

¿Los humanos aprenden de la misma manera que las computadoras? Los psicólogos cognitivos han debatido este tema durante décadas, pero en los últimos años los notables logros de los sistemas informáticos de aprendizaje profundo han avivado las llamas, especialmente entre los investigadores que estudian el reconocimiento de objetos.

Los humanos no tienen problemas para saber que un árbol es un árbol y un perro es un perro, independientemente de su tamaño, color o ángulo. De hecho, identificar estos elementos visuales es una de las primeras tareas que aprenden los niños. Pero los investigadores se han esforzado por determinar cómo el cerebro hace esta simple evaluación. A medida que los sistemas de aprendizaje profundo han dominado esta capacidad, los científicos han comenzado a cuestionar si las computadoras que analizan datos, especialmente imágenes, son similares al cerebro humano. «La forma en que la mente humana, el sistema visual humano entiende la forma, ha sido un misterio durante generaciones, en parte porque es muy intuitivo, pero muy difícil de programar».

Publicado en Informes científicos Al comparar varios modelos de reconocimiento de objetos en junio, se llegó a la conclusión de que las personas no evalúan los objetos de la misma forma en que las computadoras procesan los píxeles, sino que se basan en esqueletos internos imaginados. En el estudio, los investigadores de la Universidad de Emory, dirigidos por la profesora asociada de psicología Stella Lourenco, querían saber si las personas juzgan la similitud de los objetos en función de su esqueleto, una franja invisible debajo de la superficie que atraviesa el centro del eje de la forma de un objeto. . Los científicos construyeron 150 formas 3D únicas alrededor de 30 huesos diferentes y pidieron a los participantes que determinaran si dos de los objetos eran iguales. Efectivamente, cuanto más similares eran los huesos, más probable era que los participantes etiquetaran los objetos como idénticos. Los investigadores también compararon la capacidad de otros modelos, como las redes neuronales (sistemas basados ​​en inteligencia artificial) y la evaluación de objetos basada en píxeles, para predecir las decisiones de las personas. Mientras que otros modelos se desempeñan relativamente bien en la tarea, el modelo de esqueleto siempre gana.

«Las redes neuronales profundas para resolver estos problemas son muy importantes [of object recognition]Estas redes requieren una amplia capacitación para aprender una sola clase de objeto, y el modelo que estudiamos, un modelo de esqueleto, parece ser capaz de hacer esto sin esa experiencia”, dijo Vladislav Ayzenberg, estudiante de doctorado en el laboratorio de Lourenco. “Nuestros hallazgos muestran que los humanos pueden reconocer objetos a través de sus esqueletos internos, incluso cuando comparan modelos esqueléticos con otros modelos de redes neuronales bien establecidos para el reconocimiento de objetos. «

A continuación, los investigadores compararon el modelo esquelético con otros modelos de reconocimiento de formas, como los que se centran en los contornos. Para ello, Ayzenberg y Lourenco manipularon estos objetos de ciertas formas, como cambiar la posición de los brazos en relación con el resto del cuerpo, o cuán delgada, abultada u ondulada era la silueta. Una vez más, las personas juzgan si los objetos son similares en función de la calidad del hueso en lugar de la superficie.

«Este es un trabajo de primera y estoy muy impresionado con los resultados», dijo Feldman, quien no participó en el estudio. «Proporcionan evidencia empírica; diría que es más convincente que cualquier cosa que haya visto antes de que la similitud de forma se calcule en el cerebro humano a través de la similitud de los esqueletos de forma».

Una preocupación de este estudio es que los autores generaron estos objetos exclusivamente a partir de huesos, en lugar de obtenerlos a partir de formas naturales o artificiales cubiertas de piel, metal u otros materiales que las personas encuentran en su vida diaria. «Las formas que generan están directamente relacionadas con la hipótesis que están probando y las conclusiones que extraen», dijo James Elder, profesor de visión humana y por computadora en la Universidad de York en Toronto. «Si estamos interesados ​​en la importancia de los esqueletos para la percepción de formas y objetos, realmente no podemos responder a esa pregunta con solo mirar la percepción de las formas que generan los esqueletos. Porque obviamente en un mundo donde los esqueletos generan formas, los esqueletos pueden ser bastante importante porque esa es la forma en que se hacen estas formas».

Elder sugirió que si bien el modelo puede explicar las interpretaciones de las personas sobre formas con huesos bien definidos, como animales o árboles, no funciona para todo tipo de formas, como rocas o periódicos arrugados. Ayzenberg dijo que están trabajando en un estudio de seguimiento utilizando formas tradicionales y objetos naturalistas para abordar esta pregunta.

En lugar de explorar si los humanos aprenden como las computadoras, los investigadores ahora se preguntan si los modelos esqueléticos pueden integrarse en los sistemas de aprendizaje profundo para que los científicos puedan ayudar a las computadoras a aprender como los humanos.

«Somos optimistas de que también hablará e informará a las redes neuronales artificiales que intentan simular la percepción humana», dijo Lourenco. «Se descomponen de maneras impactantes que los humanos no, por lo que comprender cómo los humanos reconocen los objetos también es muy importante para ellos».