Simulador de campos receptivos: retina, V1 e V2
SensoLab
Campos receptivos e a hierarquia visual
Cada neurônio enxerga só um pedaço do mundo, e o pedaço cresce a cada etapa
Campo receptivo (também chamado de campo receptor) é a região do campo visual em que a luz muda o disparo de um neurônio.
Imagem de exemplo gerada pelo simulador.
Centro maior enxerga estruturas grossas e ignora detalhes finos. A periferia é 1,6 vez maior que o centro.
Distância entre listras que as células de V1 preferem. Períodos maiores também alargam o campo receptivo.
Passe o mouse (ou toque) na imagem ou em qualquer mapa para escolher um ponto. O quadrado amarelo é a região da imagem que influencia uma célula daquela etapa nesse lugar.
Hipercoluna no ponto escolhido
Resposta das células complexas de cada orientação na mesma posição do campo visual. A barra amarela é a orientação preferida ali.
Modelo didático com filtros fixos, nada é treinado: centro-periferia por diferença de gaussianas (Kuffler, J Neurophysiol. 1953), células simples e complexas de V1 (Hubel e Wiesel, J Physiol. 1962), filtros de Gabor (Daugman, J Opt Soc Am A. 1985) e modelo de energia (Adelson e Bergen, J Opt Soc Am A. 1985). Não inclui cor, variação do campo receptivo com a excentricidade, normalização por contraste nem retroalimentação. A imagem é processada no seu navegador e não é enviada a nenhum servidor.
Leia a explicação completa antes ou durante o experimento — o simulador continua disponível enquanto você lê.
Abrir artigo completoRoteiro de prática
O pedaço do mundo que cada neurônio enxerga
Oito experimentos guiados. Ao final você deve conseguir explicar, sem consultar, por que a retina ignora luz uniforme, como uma célula de V1 escolhe uma orientação e por que o campo receptivo cresce a cada etapa.
Duração estimada: 35 minutos · Pré-requisitos: potencial de ação, camadas da retina (fotorreceptores, bipolares, ganglionares)
Antes de começar: o que cada termo significa
| Campo receptivo | Região do campo visual em que a luz muda o disparo de um neurônio. Também chamado de campo receptor. |
| Centro-periferia | Organização da retina: o centro do campo soma a luz e a periferia subtrai. Luz uniforme se cancela. |
| ON / OFF | Células ON disparam com o centro mais claro que a periferia. Células OFF, com o centro mais escuro. |
| Orientação preferida | Inclinação do traço que faz uma célula de V1 disparar mais. Neste simulador, 0° é horizontal, 90° é vertical e 45° é a diagonal que desce para a direita. |
| Célula simples | Responde a um traço de orientação e posição específicas. Sensível à fase: se o traço se desloca meio período, ela silencia. |
| Célula complexa | Responde à mesma orientação em qualquer fase e com tolerância de posição. |
| Hipercoluna | Conjunto das respostas de todas as orientações numa mesma posição do campo visual. É o gráfico de barras do simulador. |
| Período preferido | Distância entre listras que uma célula de V1 prefere. É o inverso da frequência espacial preferida. |
01 Linha de base: o campo receptivo de cada etapa
Clique em Restaurar, escolha Exemplo e clique em cada botão de etapa. O valor em pixels aparece embaixo do nome e no card “Campo receptivo”.
| Etapa | Campo receptivo (px) |
|---|---|
| Retina | _____ |
| V1 simples | _____ |
| V1 complexas | _____ |
| V2 | _____ |
1. O campo receptivo cresce a cada etapa? Qual passagem tem o maior salto?
2. A imagem tem 128 px de largura. Que fração dela o campo receptivo de V2 cobre?
02 A retina ignora luz uniforme
Na etapa Retina, passe o mouse sobre uma região lisa (o fundo cinza no alto da imagem, entre as listras e o sol) e anote a “Resposta no ponto”. Depois passe sobre a borda da parede escura da casa.
1. Qual resposta é maior: no fundo liso ou na borda? O que isso diz sobre o que a retina envia ao cérebro?
2. Na borda da parede, em qual lado (claro ou escuro) o mapa ON pequeno acende? E o OFF pequeno?
03 Tamanho do centro: detalhe fino ou forma grossa
Ainda na etapa Retina, arraste Tamanho do centro de 0,8 até 2,0 e compare os mapas “pequeno” e “grande”. O campo receptivo pequeno vai de 9 a 21 px, e o grande de 19 a 45 px.
1. Que detalhes da imagem desaparecem quando o centro aumenta? Quais estruturas continuam visíveis?
2. Vá para V1 simples e compare o campo receptivo com o do passo 01. Ele mudou, embora você não tenha mexido em nada de V1. Por quê?
04 V1: cada célula escolhe uma orientação
Clique em Restaurar e vá para V1 simples. Passe o mouse em cada ponto abaixo e anote a “Orientação no ponto” (a barra amarela da hipercoluna).
| Ponto da imagem | Orientação preferida |
|---|---|
| Listras horizontais (canto superior esquerdo) | _____ |
| Grade diagonal (canto inferior direito) | _____ |
| Borda vertical da porta | _____ |
1. As orientações vizinhas à preferida também têm barra. Elas respondem tanto quanto a preferida? O que isso diz sobre a seletividade da célula?
2. Em qual ponto a hipercoluna mostra “Sem contorno”? Por quê?
05 Período preferido: o filtro tem uma frequência favorita
Fique com o mouse sobre as listras horizontais, na etapa V1 simples. Mude Período preferido para cada valor da tabela e anote a “Resposta no ponto”. As listras da imagem têm período de 4 px na grade de V1.
| Período preferido | Resposta no ponto | Campo receptivo (V1 simples) |
|---|---|---|
| 3,0 px | _____ | _____ |
| 4,0 px | _____ | _____ |
| 6,5 px | _____ | _____ |
1. Em qual período a resposta é máxima? Por que ela cai dos dois lados?
2. O campo receptivo cresce com o período. Se você quisesse enxergar a forma grossa da casa e não as listras, qual período usaria?
06 Simples e complexas: o que muda com a fase
Volte o período para 4,0. Em V1 simples, olhe o mapa de 0° na região das listras horizontais. Depois vá para V1 complexas e olhe o mesmo mapa.
1. No mapa simples, a resposta aparece em faixas alternadas ou numa mancha contínua? E no mapa complexo?
2. Explique essa diferença com as palavras “fase” e “tolerância de posição”. Que preço o mapa complexo paga por essa robustez? (Dica: compare o tamanho dos mapas e o campo receptivo.)
07 V2: bordas viram cantos
Vá para V2. Passe o mouse pelo canto superior da porta, pelo canto da janela e pelo ápice do telhado. Em cada lugar, compare as cores dos 12 mapas e anote qual par de orientações acende mais.
1. No canto da porta e no da janela, qual mapa se destaca? E no ápice do telhado? Por que os dois tipos de canto usam pares diferentes?
2. O campo receptivo de V2 cobre cerca de 37% da largura da imagem. O que isso faz com a precisão do lugar onde o simulador “diz” que há um canto? (Dica: olhe o aspecto dos mapas.)
3. Previsão, para testar com uma foto sua: o texto da etapa diz que uma unidade de V2 só dispara quando as duas orientações aparecem juntas. O que deve acontecer com o mapa 0°+90° diante de uma linha reta longa e isolada, como um horizonte?
08 Síntese: sua própria imagem
Escolha Enviar foto (ou Webcam) e percorra as quatro etapas com uma imagem sua. Depois complete, sem consultar:
A retina envia ao cérebro contraste local porque: _______________
Uma célula simples difere de uma complexa porque: _______________
O campo receptivo cresce a cada etapa porque: _______________
Em duas frases, explique para um colega por que uma unidade de uma rede neural convolucional também tem um campo receptivo e por que ele cresce nas camadas mais profundas.