Дэвид Марр (нейробиолог) - David Marr (neuroscientist)

Дэвид К. Марр
Родившийся(1945-01-19)19 января 1945 г.
Вудфорд, Лондон, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
Умер17 ноября 1980 г.(1980-11-17) (35 лет)
Кембридж, Массачусетс, НАС.
Альма-матерТринити-колледж, Кембридж
НаградыПремия IJCAI Computers and Thought Award
Научная карьера
ПоляВычислительная нейробиология
Искусственный интеллект
Психология
УчрежденияМассачусетский Институт Технологий
ТезисОбщая теория коры головного мозга  (1972)
ДокторантДжайлз Бриндли
ДокторантыШимон Ульман
Эрик Гримсон
Джон М. Холлербах

Дэвид Кортни Марр (19 января 1945 - 17 ноября 1980) был британцем нейробиолог и физиолог. Марр интегрировал результаты психология, искусственный интеллект, и нейрофизиология в новые модели визуальная обработка. Его работы оказали большое влияние на вычислительная нейробиология и привел к возрождению интереса к дисциплине.

биография

Рожден в Вудфорд, Эссекс, и получил образование в Школа регби; он был принят в Тринити-колледж, Кембридж 1 октября 1963 г. (был удостоен Открытой стипендии и участия в выставке регби Lees Knowles).

Он был награжден Стипендия Coutts Trotter в 1966 году и в том же году получил степень бакалавра математики. Он был избран научным сотрудником Тринити-колледжа в Кембридже в 1968 году. Его докторская диссертация была подготовлена ​​под руководством Джайлз Бриндли был представлен в 1969 году и описал свою модель функции мозжечок основанный в основном на анатомических и физиологических данных, взятых из книги Дж. К. Экклс. Его интерес перешел от общей теории мозга к обработке изображений. Впоследствии он работал в Массачусетский Институт Технологий, где он стал преподавателем кафедры психологии в 1977 году и впоследствии стал штатным профессором в 1980 году. Марр предположил, что понимание мозга требует понимания проблем, с которыми он сталкивается, и решений, которые он находит. Он подчеркнул необходимость избегать общих теоретических дебатов и вместо этого сосредоточиться на понимании конкретных проблем.

Марр умер от лейкемия в Кембридж, Массачусетс, в возрасте 35 лет. Его находки собраны в книге Видение: вычислительное исследование человеческого представления и обработки визуальной информации., который был закончен в основном летом 1979 года, был опубликован в 1982 году после его смерти и переиздан в 2010 году издательством MIT Press. Эта книга сыграла ключевую роль в зарождении и быстром росте вычислительная нейробиология поле.[1] Он был женат на Люсии М. Вайна с факультета биомедицинской инженерии и неврологии Бостонского университета.

В его честь названы различные академические награды и премии. В Приз Марра, одна из самых престижных наград в компьютерное зрение, то Медаль Дэвида Марра присуждается каждые два года Ассоциация прикладного зрения в Соединенном Королевстве,[2] и Общество когнитивных наук также награждает премией Марра за лучшую студенческую работу на своей ежегодной конференции.

Работа

Теории мозжечка, гиппокампа и неокортекса

Марр наиболее известен своими работами по зрению, но прежде, чем он начал работать над этой темой, он опубликовал три основополагающих статьи, в которых предлагались вычислительные теории мозжечка (в 1969 году), неокортекса (в 1970 году) и гиппокампа (в 1971 году). В каждой из этих статей были представлены важные новые идеи, которые продолжают оказывать влияние на современное теоретическое мышление.

В мозжечок теория[3] был мотивирован двумя уникальными особенностями анатомии мозжечка: (1) мозжечок содержит огромное количество крошечных гранулярные клетки каждый получает лишь несколько входов от «мшистых волокон»; (2) Каждая клетка Пуркинье в коре мозжечка получает десятки тысяч входных сигналов от «параллельных волокон», но только один вход от одного «лазящего волокна», которое, однако, является чрезвычайно сильным. Марр предположил, что гранулярные клетки кодируют комбинации входов мшистых волокон, и что лазящие волокна несут «обучающий» сигнал, который инструктирует их клетки-мишени Пуркинье изменять силу синаптических связей параллельных волокон.

Теория неокортекс[4] был в первую очередь мотивирован открытиями Дэвид Хьюбел и Торстен Визель, который обнаружил несколько типов «детекторов признаков» в первичной зрительной области коры. Марр предположил, обобщая это наблюдение, что клетки неокортекса являются гибкими классификаторами, то есть они изучают статистическую структуру своих входных паттернов и становятся чувствительными к комбинациям, которые часто повторяются.

Теория гиппокамп[5] (который Марр назвал «архикортексом») был мотивирован открытием Уильям Сковилл и Бренда Милнер это разрушение гиппокампа вызвало амнезию воспоминаний о новых или недавних событиях, но оставило нетронутыми воспоминания о событиях, произошедших годами ранее. Марр назвал свою теорию «простой памятью»: основная идея заключалась в том, что гиппокамп может быстро формировать следы памяти простого типа, укрепляя связи между нейронами. Примечательно, что работе Марра всего два года предшествовала статья Тим Блисс и Терье Лёмо это предоставило первый четкий отчет о долгосрочное потенцирование в гиппокампе - тип синаптической пластичности, очень похожий на то, что предположил Марр.[6] (В статье Марра есть сноска, в которой упоминается предварительный отчет об этом открытии.[7]Детали теории Марра больше не представляют большой ценности из-за ошибок в его понимании анатомии гиппокампа, но основная концепция гиппокампа как временной системы памяти остается в ряде современных теорий.[8] В конце своей статьи Марр пообещал выпустить следующий документ о взаимоотношениях между гиппокампом и неокортексом, но такой статьи так и не было.

Уровни анализа

Марр рассматривал зрение как систему обработки информации. Он выдвинул (совместно с Томазо Поджио ) идея о том, что нужно понимать системы обработки информации на трех различных, взаимодополняющих уровнях анализа.[9] Эта идея известна в когнитивной науке как трехуровневая гипотеза Марра:[10]

  • вычислительный уровень: что делает система (например: какие проблемы она решает или преодолевает) и аналогично, почему она делает эти вещи
  • алгоритмический уровень (иногда уровень представления): как система делает то, что она делает, в частности, какие представления она использует и какие процессы она использует для построения и управления представлениями
  • реализационный / физический уровень: как система физически реализована (в случае биологического зрения, какие нейронные структуры и нейронные активности реализуют визуальную систему)

Этапы видения

Марр описал зрение как переход от двухмерного визуального массива (на сетчатке) к трехмерному описанию мира в качестве результата. Его стадии видения включают:

  • а первичный эскиз сцены, основанной на выделении основных компонентов сцены, включая края, области и т. д. Обратите внимание на сходство концепции с карандашным наброском, быстро нарисованным художником в качестве впечатления.
  • а 2.5D эскиз сцены, где признаются текстуры и т. д. Обратите внимание на сходство концепции со сценой рисования, где художник выделяет или затемняет области сцены, чтобы обеспечить глубину.
  • а 3D модель, где сцена отображается в виде непрерывной трехмерной карты.

2.5D эскиз связан с стереопсис, оптический поток, и параллакс движения. Скетч в 2.5D показывает, что в действительности мы не видим все наше окружение, а строим трехмерное изображение нашей среды, ориентированное на зрителя. 2.5D Sketch - это так называемая техника рисования паралином. визуализация данных и часто обозначается общим термином «аксонометрический» или «изометрический «рисунок» и часто используется современными архитекторами и дизайнерами.[11]

Трехэтапная структура Марра плохо отражает центральную стадию визуальной обработки: визуальное внимание. В более поздней альтернативной структуре было предложено, чтобы видение состояло из следующих трех этапов: кодирования, выбора и декодирования.[12] Кодирование предназначено для выборки и представления визуальных входов (например, для представления визуальных входов как нейронных активностей в сетчатке глаза).[13] Выбор, или внимательный отбор, заключается в выборе крошечной части входной информации для дальнейшей обработки, например, подвижный взгляд к объекту или визуальному местоположению, чтобы лучше обрабатывать визуальные сигналы в этом месте. Декодирование заключается в том, чтобы сделать вывод или распознать выбранные входные сигналы, например, чтобы распознать объект в центре взгляда как чье-то лицо.

Смотрите также

Публикации

  • (1969) «Теория коры мозжечка». J. Physiol., 202:437–470.
  • (1970) "Теория неокортекса головного мозга". Труды Лондонского королевского общества B, 176:161–234.
  • (1971) "Простая память: теория архикортекса". Фил. Пер. Royal Soc. Лондон, 262:23–81.
  • (1974) "Вычисление легкости сетчаткой приматов". Исследование зрения, 14:1377–1388.
  • (1975) «Подходы к обработке биологической информации». Наука, 190:875–876.
  • (1976) «Ранняя обработка визуальной информации». Фил. Пер. R. Soc. Лондон. B, 275:483–524.
  • (1976) "Совместное вычисление стерео диспаратности". Наука, 194: 283–287. (с Томазо Поджио)
  • (Март 1976 г.) «Искусственный интеллект: личное мнение». Технический отчет AIM 355, MIT AI Laboratory, Кембридж, Массачусетс.
  • (1977) «Искусственный интеллект: личное мнение». Искусственный интеллект 9(1), 37–48.
  • (1977) «От понимания вычислений к пониманию нейронных схем». Neurosciences Res. Прог. Бык., 15: 470–488. (с Томазо Поджио)
  • (1978) «Представление и признание пространственной организации трехмерных форм». Труды Лондонского королевского общества B, 200: 269–294. (совместно с Х. К. Нишихарой)
  • (1979) "Вычислительная теория стереозрения человека". Труды Лондонского королевского общества B, 204: 301–328. (с Томазо Поджио)
  • (1980) "Теория обнаружения края". Proc. R. Soc. Лондон. B, 207: 187–217. (совместно с Э. Хилдрет)
  • (1981) «Искусственный интеллект: личное мнение». В Haugeland, J., ed., Дизайн разума, глава 4, страницы 129–142. MIT Press, Кембридж, Массачусетс.
  • (1982) «Представление и распознавание движений форм». Труды Лондонского королевского общества B, 214: 501–524. (совместно с Л. М. Вайной)
  • (1982) Видение: компьютерное исследование представления и обработки визуальной информации человеком. Сан-Франциско: У. Х. Фриман и компания. ISBN  0-7167-1284-9. (В 2010 году пресса MIT переиздала книгу с предисловием Шимона Ульманна и послесловием Томазо Поджио под ISBN  9780262514620.)

Рекомендации

  1. ^ Марр, Дэвид (2010). "Послесловие (Томазо Поджио)" (PDF). Зрение. Вычислительное исследование человеческого представления и обработки визуальной информации. MIT Press. п. 362. ISBN  978-0262514620. Хотя может быть неправда, что эта книга положила начало области, известной как вычислительная нейробиология, безусловно, верно, что она сыграла ключевую роль в ее зарождении и быстром росте.
  2. ^ AVA - Медаль Дэвида Марра
  3. ^ Марр Д. (июнь 1969 г.). «Теория коры мозжечка». J. Physiol. 202 (2): 437–70. Дои:10.1113 / jphysiol.1969.sp008820. ЧВК  1351491. PMID  5784296.
  4. ^ Марр Д. (ноябрь 1970 г.). «Теория неокортекса головного мозга». Proc. R. Soc. Лондон. B Biol. Наука. 176 (43): 161–234. Bibcode:1970RSPSB.176..161M. Дои:10.1098 / rspb.1970.0040. PMID  4394740. S2CID  13248803.
  5. ^ Марр Д. (июль 1971 г.). «Простая память: теория архикортекса». Филос. Пер. R. Soc. Лондон. B Biol. Наука. 262 (841): 23–81. Bibcode:1971РСПТБ.262 ... 23М. Дои:10.1098 / рстб.1971.0078. PMID  4399412.
  6. ^ Bliss TV, Lømo T (июль 1973 г.). «Длительное усиление синаптической передачи в зубчатой ​​области анестезированного кролика после стимуляции перфорантного пути». J. Physiol. 232 (2): 331–56. Дои:10.1113 / jphysiol.1973.sp010273. ЧВК  1350458. PMID  4727084.
  7. ^ Bliss TV, Lømo T (апрель 1970 г.). «Пластичность в моносинаптическом корковом пути». J. Physiol. 207 (2): 51–89. Дои:10.1113 / jphysiol.1970.sp009101. PMID  5511138. S2CID  222195297.
  8. ^ Willshaw DJ, Buckingham JT (август 1990). «Оценка теории гиппокампа Марра как временного хранилища памяти». Филос. Пер. R. Soc. Лондон. B Biol. Наука. 329 (1253): 205–15. Bibcode:1990РСПТБ.329..205Вт. Дои:10.1098 / rstb.1990.0165. PMID  1978365.
  9. ^ Marr, D .; Поджио, Т. (1976). «От понимания вычислений к пониманию нейронной схемы». Лаборатория искусственного интеллекта. А.И. Памятка. Массачусетский Институт Технологий. HDL:1721.1/5782. AIM-357. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  10. ^ Доусон, Майкл. «Понимание когнитивной науки». Блэквелл Паблишинг, 1998.
  11. ^ Уддин, Салех (1997). «Условные обозначения и конструкция паралинов». Аксонометрический и наклонный чертеж: руководство по построению, рендерингу и дизайну в трехмерном пространстве. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 1–14. ISBN  0-07-065755-6.
  12. ^ Ли Чжаопин 2014, Понимание видения: теория, модели и данные , Oxford University Press
  13. ^ Ли Чжаопин (2014) Понимание видения: теория, модели и данные, Глава 3: «Принцип эффективного кодирования» OxfordScholarship.com

дальнейшее чтение

  • Вайна, Л. М., изд. (1990). От сетчатки к неокортексу: избранные статьи Дэвида Марра. Бостон, Массачусетс: Birkhauser.

внешняя ссылка