Cuando Itti y Koch propusieron el modelo del sistema de atenci ´on, lo construyeron bas ´andose completamente en el modelo biol ´ogico de la corteza visual, i.e, cada funci ´on,
procedimiento y estructura es una representaci ´on de las capas y funciones que forman dicha parte del cerebro. Sin embargo, el cerebro sigue siendo un ´organo muy complejo, y aunque las investigaciones han esclarecido c ´omo est ´a formado y qu ´e zonas cumplen con ciertas funciones, a ´un no se sabe c ´omo realiza muchas de estas tareas. Itti y Koch proponen diversos m ´etodos para cumplir estas funciones, pero dejan claro que este es un problema abierto.
En los trabajos de Olague et al. (2014) y Dozal et al. (2014) se propone la progra-
maci ´on de cerebros (BP18) como una metodolog´ıa que busca recrear las funciones del
cerebro bas ´andose en un modelo biol ´ogico, y poniendo especial atenci ´on al prop ´osito. Este nuevo paradigma est ´a compuesto de dos partes: un proceso de evoluci ´on por me- dio de la programaci ´on gen ´etica, y un modelo biol ´ogico del cerebro o parte de corteza cerebral.
El modelo biol ´ogico introduce la estructura y el procedimiento que sigue alguna zona de la corteza cerebral, sin embargo, existen un conjunto de funciones que, o no est ´an definidas de manera precisa, o simplemente no son est ´aticas, i.e., dependiendo del tipo de organismo, o incluso de la experiencia o el ambiente de ´este, tales funciones pueden cambiar para adaptarse a sus condiciones. Se sabe que los sistemas visuales de varios seres cuentan con las mismas estructuras en el sistema visual, y a ´un as´ı, sus funciones cambian para adaptarse a su ambiente. Es justo en esta parte en la que se introduce la programaci ´on gen ´etica.
La programaci ´on gen ´etica permite crear programas de manera automatizada, y por medio de un proceso de evoluci ´on, estos programas se van adaptando al problema en cuesti ´on. En un cerebro artificial, la programaci ´on gen ´etica permite encontrar varias pro- puestas de soluci ´on a las distintas funciones que la componen. Aunque posiblemente no entreguen respuestas definitivas, como en muchas soluciones encontradas por compu- taci ´on evolutiva, estas suelen tener mejor desempe ˜no que las creadas manualmente.
Olgaueet al.son puntuales en aclarar que la metodolog´ıa no es programaci ´on gen ´eti- ca en s´ı, pues el algoritmo evolutivo no define la estructura del cerebro artificial. Los
programas que evoluciona no influyen en la estructura del modelo, y evolucionar sin este ser´ıa insuficiente para encontrar una soluci ´on dado a la gran complejidad que implicar´ıa reconstruir un modelo cerebral completo. La programaci ´on gen ´etica sirve meramente para crear soluciones a las funciones internas del modelo, y el valor de su aptitud estar ´a me- dido conforme a los resultados que arrojen al trabajar en conjunto dentro de la estructura cerebral para cumplir con su prop ´osito como un todo.
Dozal et al. (2014) y Clemente et al. (2012) demuestran la implementaci ´on de esta metodolog´ıa (para el foco de atenci ´on y el reconocimiento de objetos, respectivamente) y su gran capacidad, utilizando el modelo propuesto por Itti y Koch para la atenci ´on visual.
Cap´ıtulo 3.
Representaci ´on artificial de la corteza visual
3.1. La corteza visual
La corteza visual (Figura 1) es la parte del cerebro encargada de procesar la infor-
maci ´on visual. Esta informaci ´on es obtenida por los ojos y es transformada a trav ´es de diferentes funciones para cumplir con distintas tareas visuales (e.g., detecci ´on, recono- cimiento de objetos, determinaci ´on de profundidad) y visomotoras (e.g., centrado de la f ´ovea en el foco de atenci ´on, seguimiento de un objeto). La corteza visual est ´a localizada en el l ´obulo occipital y abarca los dos hemisferios del cerebro. Su composici ´on fisiol ´ogica est ´a definida por un conjunto de zonas o capas a las cuales se les atribuyen diferentes funciones para la transformaci ´on de la informaci ´on visual. Est ´an nombradas como V11 o
corteza visual primaria, y las ´areas extraestriadas V2, V3, V4, y V5/MT2.
d d d Descriptor v Mapa Mental MM Retina PPr V5 (MT) V3a V3 V2 V1 V2 V4 Mapa Conspicuo CM Mapa Visual VM d Mapa Conspicuo CM Mapa de Prominencia SM Proto-objeto ¿Dónde?/¿Cómo? Ruta Dorsal ¿Qué? Ruta Ventral Analogía TE y TEO
Figura 1:La corteza visual (Clemente Torres, 2015).
La informaci ´on recibida por el ojo viaja por el nervio ´optico hacia eln ´ucleo geniculado
lateral (LGN3) localizado en elt ´alamo en el cerebro. El LGN recibe directamente la infor-
maci ´on visual y la comunica hacia la corteza visual primaria a trav ´es de una v´ıa llamada
1Del Ingl ´es: Visual areaN, dondeNes un n ´umero. Esta definici ´on tambi ´en aplica para V2, V3, V4 y V5. 2Del Ingl ´es: Middle Temporal.
radiaci ´on ´optica oruta geniculoestriada. Adicionalmente, el LGN tambi ´en tiene conexio- nes por las que recibe informaci ´on de retroalimentaci ´on proveniente de la corteza visual primaria.
Lacorteza visual primaria(V1) es la zona que recibe la informaci ´on visual directamen-
te desde el LGN. Esta informaci ´on es mapeada por completo y con una mayor densidad de informaci ´on dedicada a las se ˜nales provenientes de la f ´ovea. Esta capa se especializa en procesar la informaci ´on de los objetos est ´aticos y en movimiento, adem ´as de que cum- ple con las funciones de reconocimiento de patrones. La respuesta neuronal de V1 puede identificar cambios en la orientaci ´on visual, los colores, y las frecuencias espaciales. Esta ´area tambi ´en es sensible a la organizaci ´on general de la escena, lo cual se logra despu ´es de que se retroalimenta con los resultados de las capas siguientes.
La capa V2 o corteza preestriada recibe una gran cantidad de informaci ´on de V1 y a su vez manda informaci ´on a las capas V3, V4, y V5; tambi ´en retroalimenta a V1. As´ı como en V1, las neuronas de V2 tambi ´en responden a las propiedades de orientaci ´on visual, color y frecuencia espacial; sin embargo, tambi ´en son moduladas por propiedades m ´as complejas, por ejemplo, en monos macacos la capa V2 responde a los contornos ilusorios que resultan de la combinaci ´on de orientaciones locales.
La capa V3 es un ´area m ´as o menos definida que recibe informaci ´on de V2 y po- see neuronas que responden a diferentes combinaciones de est´ımulos visuales. Algunos estudios sugieren que podr´ıa tener un rol en el procesamiento del movimiento global. Tambi ´en se cree que, al igual que las capas anteriores, estapodr´ıa tener una representa- ci ´on visual completa. Esto podr´ıa significar que la capa abarca un ´area m ´as grande de lo que actualmente se considera.
Lo que se sabe sobre el ´area V4 se debe a los estudios realizados en monos maca- cos. Sin embargo, el ´area V4 equivalente en los humanos a ´un es un tema de debate, es decir, existen varias opiniones sobre su estructura f´ısica en un cerebro humano, y si esta estructura es tambi ´en similar a la de los primates no humanos (Goddard et al., 2011). Esta ´area recibe informaci ´on desde V2, y en menor medida desde V1. Esta capa se re- laciona con la atenci ´on selectiva. V4 responde a las mismas caracter´ısticas que V1, pero
se diferencia de esta porque se especializa en caracter´ısticas medianamente complejas como las formas geom ´etricas, pero no tan complejas como los rostros.
El ´area V5/MT, localizada en la corteza visual extraestriada, es considerada como la pieza principal en la percepci ´on del movimiento, la integraci ´on del movimiento local en referencia al espacio global, y el movimiento de los ojos. V5 recibe informaci ´on de V1, V2, V3, la regi ´on konioceular del LGN, y el pulvinar inferior (tambi ´en localizado en el t ´alamo). La informaci ´on que sale de V5 se distribuye a lo largo de las ´areas ubicadas alrededor. Estas ´areas se relacionan con las tareas visomotoras.
Existen diferentes propuestas que describen c ´omo se organizan estas capas o ´areas, incluso agregan o modifican las caracter´ısticas de estas. El trabajo presente se basa en el modelo que define a la corteza visual como una composici ´on de dos ´areas: laruta ventral
y laruta dorsal.
El modelo ventral/dorsal fue descrito por Mishkinet al.(1983) que propusieron a estas dos rutas como la ruta delqu ´ey del d ´onde, respectivamente; seg ´un la propuesta, la ruta
delqu ´erealiza las tareas de identificaci ´on visual, mientras que la ruta deld ´onde cumple
con las tareas de localizaci ´on en el espacio visual. Posteriormente fue expandido por Goodale y Milner (1992), quienes redefinieron las ´areas como la ruta delqu ´ey delc ´omo; en este modelo se introduce la idea de que la corteza visual, adem ´as de cumplir con las tareas de visi ´on de objetos y visi ´on espacial, tambi ´en realiza las funciones motoras relacionadas a la visi ´on, i.e., la ruta del qu ´e define lo que se percibe en la imagen y la ruta delc ´omoprocesa la informaci ´on visual para tener una respuesta de movimiento con respecto a lo observado (e.g., mover la mano para agarrar un objeto, mover los ojos para posicionar la f ´ovea en el foco de atenci ´on).
De esta forma, la ruta ventral queda compuesta de la capa V1, V2, V4, y termina en la corteza temporal inferior (cuyas funciones se relacionan con la memoria visual); la ruta dorsal queda conformada por la capa V1, V2, V3, V5, y finaliza en la corteza parietal posterior (la cual cumple con papel de producir el plan de movimientos).