Кіріспе
Көру мен естудің нейрондық өңдеу моделі. Екі ағым гипотезасы – көру және естудің нейрондық өңдеуінің моделі. Гипотеза, оның бастапқы сипаттамасы 1992 жылы Дэвид Милнер және Мелвин А. Гудейлдің мақаласында келтірілген, адамдарда екі ерекше визуалды жүйе бар екенін көрсетеді. Жақында екі ерекше есту жүйесінің де бар екенін көрсететін дәлелдер пайда болды. Көру ақпараты маңдай сүйегінен шығып, дыбыс тілдік желіден шыққанда, екі негізгі бағытқа, яғни "ағындарға" бөлінеді. Вентральді ағын (сонымен қатар "не?" жолы деп те аталады) уақытша бөлікке жетеді, ол объектілерді және визуалды идентификацияны танумен байланысты. Дорсальді ағын (немесе "қалай?" жолы) көрушіге қатысты объектінің кеңістіктегі орналасуын өңдеуге және сөйлеуді қайталауға қатысатын тоқпан бөлігіне жетеді.
The two streams hypothesis is a model of the neural processing of vision as well as hearing. The hypothesis, given its initial characterisation in a paper by David Milner and Melvyn A. Goodale in 1992, argues that humans possess two distinct visual systems. Recently there seems to be evidence of two distinct auditory systems as well. As visual information exits the occipital lobe, and as sound leaves the phonological network, it follows two main pathways, or "streams". The ventral stream (also known as the "what pathway") leads to the temporal lobe, which is involved with object and visual identification and recognition. The dorsal stream (or, "how pathway") leads to the parietal lobe, which is involved with processing the object's spatial location relative to the viewer and with speech repetition.
Тарих
Бұған дейін де осыған ұқсас идеялар бірнеше зерттеушілердің назарында болған. Авторлар өздері Вейскранцтің соқырлыққа қатысты жұмысына және бұрынғы нейроғылыми көру зерттеулеріне сүйенгенін айтады. Шнайдер 1969 жылы алғаш рет локализация және идентификация үшін екі визуалды жүйенің бар екендігін ұсынды. Ингл 1973 жылы бақаларда екі тәуелсіз көру жүйесін сипаттады. Эттлингр 1990 жылы айырмашылыққа қатысты қолда бар нейропсихологиялық дәлелдерді қарастырды. Сонымен қатар, Тревартен 1968 жылы маймылдарда екі бөлек көру механизмін ұсынған. 1982 жылы Унгерлайдер мен Мишкин маймылдардың зақымдануларын зерттеу нәтижесінде кеңістіктік және визуалды ерекшеліктерді өңдеу ретінде дорсальдық және вентральдық ағындарды ажыратты – бұл «қайда» және «не» айырмашылығының бастапқы тұжырымын ұсынды. Бұл жүйе Милнер мен Гуддейлдің жүйесімен ығыстырылса да, оның әсері әлі де зор. Модельді қалыптастырған маңызды ақпарат көзі – көру қабілеті бұзылған пациент Д. Ф.-тің қазіргі мүмкіндіктерін зерттеуге арналған эксперименталды жұмыс болды. Алғашқы және ең ықпалды есеп 1991 жылы Гуддейл және оның әріптестерінен шықты, және оның жұмысы екі онжылдықтан кейін де жарияланып келеді. Норман осыған ұқсас екі процесті көру моделін ұсынды және басқа екі жүйелік модельдермен сәйкес келетін екі жүйе арасындағы сегіз негізгі айырмашылықты сипаттады. Фактор Вентральдық жүйе (не) Дорсальдық жүйе (қалай) Функция Тану/Идентификация Көру арқылы басқарылатын мінез-құлық Сезімталдық Жоғары кеңістіктік жиіліктер Детальдар Жоғары уақыттық жиіліктер Қозғалыс Жады Ұзақ мерзімді сақталған бейнелер Ғана өте қысқа мерзімді сақтау Жылдамдық Салыстырмалы түрде баяу Салыстырмалы түрде жылдам Естелік Әдетте жоғары Әдетте төмен Бағалау шеңбері Алоцентрлік немесе объектіге бағытталған Эгоцентрлік немесе көрерменге бағытталған Көру енгізуі Көбінесе фовеальдық немесе парафовеальдық Тор арқылы Монокулярлы көру Жалпы алғанда шағын әсерлер Көбінесе үлкен әсерлер, мысалы, қозғалыс параллаксы.
Дорсальдық ағыс
Дорсальдық ағын әрекеттерді бағыттауға және нысандардың кеңістікте қайда орналасқанын анықтауға қатысады деп саналады. Дорсальдық ағын бастапқы көру қабығынан артқы тегіс қабыққа дейін созылады. Алғашқыда ол "қайда" жолы деп аталған, себебі бұл ағын нысанның кеңістіктік қасиеттері туралы ақпаратты өңдейді деп есептелген. Алайда, кейіннен танымал нейропсихологиялық пациент Д. Ф. бойынша жүргізілген зерттеулер, дорсальдық ағын адам манипуляциялауға ниеттенген нысандардың бейнесін құруға қажетті көру ақпаратын өңдеуге жауапты екенін көрсетті. Осы жаңалықтарға байланысты дорсальдық ағынның лақап аты "қалай" жолы деп өзгертілді. Дорсальдық ағын V1-ден уақытша бөлікке қарай жүретін параллельді вентральдық ағынмен ("не" ағын) байланысты.
Жалпы сипаттамалары
Дорсальдық ағын кеңістіктік санаға және әрекеттерді бағыттауға қатысады (мысалы, созу). Оның екі ерекше функционалдық қасиеті бар: ол көрнекі өрістің толыққанды картасын қамтиды, сондай-ақ қозғалыстарды анықтау және талдауда тиімді. Дорсальдық ағын маңдай тегі қабығында таза көру функцияларымен басталып, кеңістіктік санаға ауысады, ол париетталды бөлікте аяқталады. Артқы париетталды қабық "кеңістіктегі қатынастарды қабылдау және түсіндіру, дене бейнесінің дұрыс болуы және денемен кеңістікте координацияны қажет ететін тапсырмаларды үйрену" үшін маңызды. Онда жеке жұмыс істейтін бөлікшелер бар. Латеральды интрапариетталды ойыс (LIP) назар стимулға ауғанда немесе жануар көз жұмып қарағанда күшейтілген белсенділік тудыратын нейрондарды қамтиды, ал вентральды интрапариетталды ойыс (VIP) көру және дене сезімдері ақпаратын біріктіреді.
Жүрек ағысы
Вентральді ағын нысанды тану және форманы бейнелеумен байланысты. "Не?" ағыны деп те сипатталатын бұл ағын, медиалдық оқшау жаңқасымен (ұзақ мерзімді естеліктермен байланысты), лимбикалық жүйемен (эмоцияларды басқаратын) және дорсальді ағыммен (нысандардың орналасуы және қозғалысымен айналысатын) тығыз байланысты. Вентральді ағын негізгі кірісін таламустың бүйірлік тізелі ядросының парвоцеллюлярлық (магноцеллюлярлыққа қарама-қарсы) қабатынан алады. Бұл нейрондар V1 қабығының 4Cβ, 4A, 3B және 2/3a субқабаттарына тікелей жолтайды. Одан кейін вентральді жол V2 және V4 арқылы төменгі оқшау жаңқасының аймақтарына – PIT (артқы оқшау жаңқасы), CIT (орталық оқшау жаңқасы) және AIT (алдыңғы оқшау жаңқасы) аймақтарына жетеді. Әрбір көру аймағында көру кеңістігінің толық бейнесі болады, яғни, оның құрамында рецептивті өрістері бар нейрондар бар, олардың жиынтығы бүкіл көру өрісін құрайды. Көру ақпараты бастапқы көру қабығы арқылы вентральді ағынға еніп, қалған аймақтар арқылы реттілікпен өтеді. V1-ден AIT-ге қарай ағынмен қозғалғанда, рецептивті өрістердің мөлшері, жауап беру уақыты және олардың қалыптасуының күрделілігі артады. Мысалы, соңғы зерттеулер көрсеткендей, V4 аймағы адамдарда түс сезіміне, ал V8 (VO1) аймағы пішін сезіміне жауапты. VO2 аймағы, бұл аймақтар мен парагиппокампальді қабық арасында орналасқан, стимулдардың түсі мен пішіні туралы ақпаратты біртұтас бейнеге біріктіреді. Вентральді ағынның барлық аймақтарына олардың рецептивті өрісіндегі стимулдың сипатынан өзге, ретинадан тыс факторлар да әсер етеді. Бұл факторларға назар, жұмыс жады және стимулдың маңыздылығы жатады. Осылайша, вентральді ағын көру әлеміндегі элементтердің тек сипаттамасын ғана емес, сонымен қатар олардың маңыздылығын бағалауда да маңызды рөл атқарады. Вентральді ағын зақымданған жағдайда бет-әлпетті тану және мимиканы түсіну мүмкін болмайды.
Жүрек ағысы
Көрнекі өңдеу үшін маңызды визуалды вентральды жолмен қатар, бастапқы есту қабығынан шығатын вентральды есту жолы да бар. Бұл жол бойынша фонемалар дыбыс буындарынан және қоршаған орта дыбыстарынан кейін өңделеді. Ақпарат содан кейін ортаңғы уақытша гирус және уақытша полюсіндегі визуалды вентральды ағынмен бірігеді. Мұнда есту объектілері аудиовизуалды түсініктерге айналады.
Дорсальдық ағыс
Аудиторлық-дорсальды жолдың функциясы – аудиторлық сенсорлық репрезентацияларды артикуляциялық моторлық репрезентацияларға бейімдеу. Хикок пен Поппельдің пікірінше, сөйлеуді үйренудің қажеттілігі себебі, «сөйлеуді үйрену – негізінен моторлық үйрену міндеті. Осы үшін негізгі кіріс сенсорлық, әсіресе сөйлеу. Сондықтан, сөйлеу дыбыстарын кодтайтын және сақтайтын, сондай-ақ дыбыстардың дәл қайталанбасы үшін сөйлеу қимылдарының реттелуін басқаратын нейрондық механизм болуы керек». Вентральды ағынның аудиторлық өңдеуінен өзгеше, ақпарат бастапқы аудиторлық қабықтан артқы үстіңгі шеңберлік гирусқа және артқы үстіңгі шеңберлік сулькусқа еніп, содан кейін уақытша және париетальді бөліктерінің шекарасында орналасқан дорсальды жолдың бастапқы бөлігіне жетеді. Дорсальды жолдың алғашқы қадамы сол жақ сильвиялық париетальді-уақытша (Spt) (сильвиялық жарықта париетальді-уақытша шекарасында) орналасқан сенсомоторлық интерфейстен басталады. Spt дыбыстарды қабылдау және қайталау үшін маңызды. Бұл оның жаңа лексиканы игеру қабілеті, сөйлеу өндірісіне зақымданулар мен аудиторлық кері байланыс, кеш жастағы саңыраулықта артикуляциялық төмендеу және Вернике афазиясының фонологиялық емес қалдықтары; өзін-өзі бақылаудың жетіспеушілігі арқылы көрінеді. Ол сондай-ақ фонологиялық қысқа мерзімді есте сақтаудың негізгі нейрондық механизмдері үшін де маңызды. Spt болмаса, тілді игеру бұзылады. Ақпарат содан кейін екі бөлікке бөлінген артикуляциялық желіге өтеді. Моторлық буындық бағдарламаларды өңдейтін 1-артикуляциялық желі сол жақ артқы төменгі уақытша гируста және Бродманның 44-аймағында (pIFG BA44) орналасқан. 2-артикуляциялық желі моторлық фонемалық бағдарламалар үшін және сол жақта орналасқан M1 vBA6. Кондукциялық афазия адамның сөйлеуді қайталау қабілетіне (әдетте қайталау арқылы) әсер етеді, бірақ ол сөйлеу тілін түсіну қабілетіне әсер етпейді. Бұл кондукциялық афазияның аудиторлық вентральды жолдың емес, аудиторлық дорсальды жолдың бұзылуын көрсететінін көрсетеді. Буксбаум және авторлар кондукциялық афазияның Spt (Sylvian parietal temporal) зақымдануының, әсіресе зақымданудың нәтижесі болуы мүмкін екенін анықтады. Бұл Spt-нің жаңа лексиканы игеруге қатысуымен дәлелденген, өйткені тәжірибелер кондукциялық афазиясы бар көптеген адамдардың жоғары жиілікті, қарапайым сөздерді қайталай алатынын көрсетті, бірақ төмен жиілікті, күрделі сөздерді қайталау қабілеті бұзылады. Spt моторикалық және аудиторлық жүйелерді моторлық қабыққа қолжетімді аудио кодты жасау арқылы байланыстыруға жауапты. Моторлық қабық жоғары жиілікті, қарапайым сөздерді (мысалы, кесе) тез және тиімдірек қол жеткізу үшін қайта жасайды, ал төмен жиілікті, күрделі сөздер (мысалы, сильвиялық париетальді-уақытша) Spt-мен белсендірек, онлайн реттелуді қажет етеді. Бұл кондукциялық афазиясы бар адамдарға сөйлеу процесінде көбірек қолмен жұмыс істеуді талап ететін төмен жиілікті сөздермен ерекше қиындық туғызатынын түсіндіреді. «Функционалдық тұрғыдан алғанда, кондукциялық афазия фонологиялық ақпаратты өндіру үшін кодтау қабілетінің тапшылығы ретінде сипатталды», атап айтқанда, моторикалық-аудиторлық интерфейстің бұзылуынан. Кондукциялық афазия, әсіресе, сөйлеу мен тіл түсіну үшін маңызды болып табылатын қанатты фасцикулдың зақымдануымен байланысты, өйткені қанатты фасцикул Брока және Вернике аймақтары арасындағы байланысты құрайды. Соңғы тәжірибелік жұмыстар осы нәтижелерге қарсылық білдірді және иллюзиялардың қабылдау мен әрекетке әсері арасындағы көрінетін диссоциация назардағы айырмашылықтарға, тапсырма талаптары мен басқа да шатастыруларға байланысты деп болжады. Алайда, оңай жоққа шығаруға болмайтын басқа да эмпирикалық зерттеулер бар, олар суреттік иллюзиялар сияқты дағдылы әрекеттерге әсер етпейді деген ойды қатты қолдайды. Сонымен қатар, соңғы нейропсихологиялық зерттеулер модельдің дәлелдерінің іргетасын қамтамасыз еткен екі ағымның ажыратылуының дұрыстығына күмән келтірді. Бірнеше зерттеушілер визуалды агнозия мен оптикалық атаксия арасындағы диссоциацияны бастапқыда көрсетілгендей күшті емес деп сынады; Гессе және әріптестері пациент ДФ-та дорсальды ағынның бұзылуын көрсетті; Химмельбах және әріптестері ДФ-ның қабілеттерін қайта бағалап, диссоциацияның алғашқы ойдағыдай күшті емес екенін көрсететін қатаң статистикалық талдауды қолданды. 2009 жылғы модельді қолдайтын жинақталған дәлелдерді қарастырған шолу, модельдің рухы расталғанын, бірақ екі ағынның тәуелсіздігі шамадан тыс бағаланғанын көрсетті. Гудэйл мен Милнердің өзі қақтығыс ортасында роботтарды қашықтан басқарудың ең тиімді схемаларының бірі – теле көмекшілік аналогиясын ұсынды. Осы тұжырымдамада дорсальды ағын атқарушы функциялардың басшылығымен жұмыс істейтін жартылай автономды функция ретінде қарастырылады, ал атқарушы функциялар өз кезегінде вентральды ағынның өңдеуінен хабар алады. Осылайша, нейропсихология және нейрофизиологиядағы жаңа перспектива екі жүйелік құрылымның екі нейрондық жолдың жоғары күрделі және дифференциалды функцияларын зерттеуді ынталандыратын қажетті қадам болғанымен, шындық көрінеу және қабылдау үшін көру арасындағы айтарлықтай өзара әрекеттесуді қамтиды. Роберт МакИнтош және Томас Шенк осы позицияны былай қорытындылады.