الگوریتم بی‌نظیر فشرده‌سازی تصاویر در مغز انسان

مغز ما نیز با مشکلی مشابه مواجه است. تصاویری که توسط سلول‌های حساس به نور در شبکیه دریافت می‌شوند در حد مگاپیکسل هستند. مغز گنجایش حافظه برای رسیدگی به این تصاویر مگاپیکسلی تا آخر عمر یا انتقال آنها را ندارد.

در عوض مغز به منظور درک جهان تصویر باید حیاتی‌ترین اطلاعات را انتخاب کند. متخصصان عصب‌شناسی دانشگاه جان هاپکینز در نشریه اینترنتی Current Bidagy توضیح داده‌اند که پس از دریافت تصاویر چه اتفاقی در مغز افتاده و چگونه مغز، اطلاعات بصری را به صورت لازم و ضروری فشرده می‌کند.

محققان دریافتند در منطقه‌ای به نام V4 که گذرگاه بینایی اولیه اشیا در مغز است سلول‌هایی وجود دارند که با حساسیت بالا، نواحی‌ای از تصویر شامل خمیدگی تند (با زاویه تند)‌ را انتخاب می‌کنند. آزمایش‌ها نشان می‌داد سلول‌‌های V4 نسبت به خمیدگی‌های تند یا لبه‌های زاویه‌‌دار حساس هستند. در عوض نسبت به لبه‌های مسطح یا خمیدگی‌های ملایم حساسیت کمتری دارند.

جهت درک ارتباط این گزینش تصاویر با فشرده‌سازی اطلاعات بصری، محققان مدل کامپیوتری صدها سلول V4 را طراحی کرده و آنها را در مقابل هزاران تصویر از اشیای طبیعی آزمودند.

نتایج به دست آمده عکس چیزی بود که در حالت عادی در مغز اتفاق می‌افتاد و در بعضی اوقات با کمال تعجب مشاهده می‌شد این مدل‌های کامپیوتری نسبت به لبه‌های مسطح یا خمیدگی‌های ملایم حساس هستند. آزمایش مجددا انجام شد و این‌بار به جای هزاران سلول شبیه‌سازی‌شده از تعداد محدودی سلول شبیه‌سازی شده استفاده شد. در این حالت عملکرد مدل کامپیوتری به همان دقت و شباهتی بود که در سلول‌های V4 مغز اتفاق می‌افتد.

چرا تمرکز روی خمیدگی‌های تند و لبه‌های زاویه‌دار تصویر باعث چنین ذخیره‌سازی می‌شود؟ تجزیه و تحلیل محققان نشان داد که چنین خمیدگی‌ها و لبه‌هایی در اشیای طبیعی در مقایسه با لبه‌های مسطح و خم‌های ملایم کمتر است و حساس بودن به این نواحی تصویر مقرون به صرفه‌تر است. علی‌رغم این که این نواحی در اشیا کمتر دیده می‌شود در تشخیص دادن و فرق گذاشتن بین اشیا بسیار سودمند است. شاید کامپیوترها بتوانند در ریاضیات یا شطرنج ما را مغلوب کنند، اما توانایی تشخیص، فرق‌گذاشتن، به خاطر سپردن، درک و دستکاری اشیایی که دنیای اطراف ما را تشکیل می‌دهد، ندارند. به نظر می‌رسد که شکل فشرده‌سازی تصاویر در مغز بهترین الگوریتم فشرده‌سازی موجود است.