婴儿看到了什么?他们看什么?这些问题的答案对于最小的婴儿和年龄较大的婴儿、儿童和成年人来说非常不同。这些早期场景的特点是简单图案中有一些高对比度的边缘，它们也包含了为人类视觉打下坚实基础所需的材料。
这是印第安纳大学研究人员 Erin Anderson、Rowan Candy、Jason Gold 和 Linda Smith 于 5 月 10 日在《科学进展》上发表的一项新研究的结果，该研究名为“婴儿视觉输入的边缘简单性偏见”。
“对于所有思考经验在视觉发展中的作用的人来说，最初的假设一直是，在日常经验的范围内，视觉输入对每个人来说几乎都是一样的，”首席研究员、心理和脑科学系教授琳达·史密斯 (Linda Smith) 解释说。“然而，这项研究表明，事实并非如此，视觉输入会随着发展而改变。它对每个人来说都不一样。婴儿的日常生活输入似乎是该年龄段独有的。”
实验室和诊所的先前研究表明，婴儿更喜欢看简单、高对比度的大黑色条纹和棋盘场景。当前的研究首次询问这些偏好在多大程度上构成了他们日常生活的输入。“为了了解婴儿看到和注视什么，”史密斯认知发展实验室的前博士后研究员安德森说，她和她的同事们在婴儿身上戴上头戴式摄像头，让他们在家中的日常生活活动中佩戴。
“你可以为新生儿购买‘婴儿闪卡’，上面显示这些简单、高对比度的图像，”她解释道。“头戴式摄像机拍摄的视频和这项研究表明，婴儿在日常生活中只需观察灯光和天花板角落等物体，就能在周围找到这些类型的图像。”
“我们发现，视觉发育早期的‘饮食’非常特殊，”史密斯补充道。“就像食物一样，婴儿一开始不会吃丰盛复杂的饭菜或披萨，而是吃简单、适合发育的营养品。”
先前的研究已经认识到这一早期阶段对人类视觉未来发展的关键性。例如，出生时患有白内障等视觉异常的婴儿或视觉经验有限的孤儿院婴儿已被证明终生患有视力缺陷。当前的研究为解决这些缺陷提供了一些初步数据。它对人工智能视觉系统的形成也具有重要意义，当训练从同样简单、高对比度的视觉内容开始时，人工智能视觉系统同样会获得更强大的视觉技能。
“大量日常生活投入”
为了确定 3 至 13 个月大婴儿的视觉输入特性，研究人员在 10 名婴儿和 10 名成人看护者身上佩戴了头戴式摄像机，收集并分析了 70 小时的居家日常生活视觉记录。婴儿图像和成人图像的内容之间存在明显差异，婴儿图像中简单图案和高对比度边缘的集中度高于成人图像。
史密斯推测，之所以有这些观点，不仅是因为婴儿会转头看他们能看到的世界的特征，还因为父母或看护人可能会把他们放在他们喜欢看的地方。“你必须思考他们为什么会在那里。父母可能天生就懂得让婴儿待在他们喜欢看的地方。如果你不吵闹，妈妈就不会打扰你，”她观察到。
然而，这群来自印第安纳州布卢明顿的参与者是否代表了世界各地的婴儿?为了回答这个问题，史密斯实验室与印度钦奈一个拥挤的小渔村的合作者进行了同样的实验，那里电力供应有限，日常生活大部分发生在户外。虽然 6 个月和 12 个月大婴儿的头部摄像头拍摄的图像与布卢明顿婴儿的图像看起来非常不同，但钦奈和布卢明顿最小的婴儿都拥有共同的“饮食”，即高对比度边缘和简单图案。
更大的图景，过去和未来
史密斯和她的同事还表明，相同的图像序列可以改善人工智能视觉系统的训练。在 2023 年神经信息处理系统会议论文集上发表的当前研究的后续研究中，他们发现，如果你通过首先向人工智能系统输入婴儿早期的特征图像来训练它，那么它在学习识别视觉图像方面会比以随机发展顺序输入图像或仅提供成人日常生活的典型图像更成功。更精确的发展顺序产生了最好的结果。
他们的工作为进化推测开辟了新的途径。正如史密斯所解释的那样，“我读研究生时经常问的一个问题——也许我们有机会回答这个问题——是为什么人类婴儿的运动发育如此缓慢。他们花了大约三个月的时间只是听和看，又花了六个月的时间进行一点点姿势和头部控制。他们为什么这么慢?马出来就是为了赛跑。”
这项研究表明，“在进化过程中，这些缓慢、渐进和优化的偏见会形成一个非常聪明的视觉和听觉系统，”她说。“这是一个值得讲述的故事。”
与此同时，他们的工作也对婴儿早期的视觉内容及其在人类或人工智能视觉系统发展中的作用提出了新的问题。
其他研究人员包括印第安纳大学布卢明顿分校验光学院的罗文·坎迪 (Rowan Candy) 教授和心理与脑科学系的杰森·戈尔德 (Jason Gold)。
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