Очні рухи сприяють статистичному погодженням зображень і зорового каналу зв'язку, оскільки центр сітківки, що має максимальну пропускну здатність, більшу частину часу фіксується на ділянках, що містять більшу кількість інформації. Однак на рівні сітківки кодування ще не є ефективним. * В кожен момент часу сигнали передаються тільки за відносно невеликої частини волокон. Здавалося б, зоровий нерв, що розглядається як багатоканальна система, завантажений неефективно. Сигнали, що йдуть за чинним нервовому волокну, володіють значною надлишковістю.
Проте вже на цьому рівні були здійснені дві основні операції: накопичення в рецептивних полях і декорреляция зображень (принаймні часткове усунення статистичних зв'язків між елементами).
Ясно, що передача всіх елементів зображення була б неефективною. Вкрай марнотратно було б займати нервові канали, по яких передається інформація, запам'ятовуючі системи, де вона повинна зберігатися, рахункові системи, де вона повинна бути анализирована, відомостями про кожному елементі, в тому числі і про елементи «порожніх полів» у декоррелированном зображенні.
Треба також мати на увазі відмінність завдань, виконуваних зоровим аналізатором і, наприклад, телевізійною системою. У телевізійній системі передача всіх елементів кадру призводить до того, що доводиться будувати канал зв'язку, пропускна здатність якого в багато разів більше того, що потрібно, якщо оцінити кількість дійсно переданої інформації. Однак основну свою задачу - перенесення зображення на більш або менш значні відстані - телевізійна система виконує. Завдання зорового аналізатора набагато складніше. Просте перенесення зображення тут є другорядним завданням, а головне полягає в тому, щоб витягти інформацію з зображення, здійснити ту серію виборів, на підставі яких мозок може прийняти те або інше рішення, виробити ту чи іншу команду. Інше важливе завдання полягає в збереженні частини інформації, отриманої з зображень. Для вирішення цих завдань інформація повинна бути економно представлена у формі, зручній для передачі і зберігання, тобто ефективно закодована. Просте поелементне кодування не вирішує завдання, так як не дозволяє виявити істотні властивості об'єкта.
Ефективне кодування може бути отримано, якщо уявити декоррелированное зображення, вказавши тільки положення нових значень і їх величину. У другому розділі на прикладі рис. 29 вже було показано, що при такому завданні зображення може знадобитися менше число двійкових цифр, ніж при звичайному поелементний його завданні. Розглянемо це в більш загальному вигляді на прикладі найпростішого двох градационного зображення, що представляє «одиничні» контурні елементи (нові значення) на однорідному «нульовому» тлі. Положення нових значень можна визначити їх координатами, або, що зажадає стільки ж двійкових знаків, номером накопичувальної комірки (наприклад, номером рецептивного поля, якщо пронумерувати їх у довільному порядку), яку займає це нове значення. Позначимо загальне число накопичувальних осередків через N, а число нових значень, або число накопичувальних осередків, ком «ненульовими» значеннями, через до
k. Величину η = k/N будемо ототожнювати з імовірністю нових значень.
При звичайному поелементний поданні зображення знадобилося б N двійкових одиниць. При координатно-кодовому поданні (ми будемо називати так розглянутий спосіб представлення зображень) знадобиться вказати координати або помер нового значення, тобто потрібно log2N двійкових одиниць на кожне нове значення або k log2N на все зображення. Якщо ймовірність нових значень досить мала, то, як вже було видно з прикладу, наведеного у другому розділі, при такому поданні число двійкових одиниць може бути менше, ніж при поелементний поданні. Для цього достатньо, очевидно, щоб було
k log2N < N
або
Спробуємо оцінити, наскільки ефективно таке кодування.
Якщо статистичними зв'язками в перетвореному зображенні можна знехтувати, то ентропія послідовності таких зображень буде, згідно з основною формулою (30),
H = -ηlog2η-(1-η)log2(1-η). (44)
Якщо η<1, в правій частині рівності (44) можна знехтувати другим членом в порівнянні з першим,
H≈-ηlog2η дв. од./елемент. (45)
У розглянутому випадку на один елемент припадає
H0 = k/N log2N дв. од.
або
H0 = η log2N дв. од.
Надмірність при такому методі подання зображення буде
При k/N → 0 R, хоча і повільно, прагне до нуля. Таким чином, при k<N або η<1 розглянутий спосіб представлення зображення наближається до оптимального кодування. Такий спосіб кодування зображень обговорювалося в ряді робіт (Цуккерман, 1958а; Shreiber а. Кпарр, 1958; Лебедєв, 1958). Неважко показати, що оптимальні властивості такого методу кодування при досить малому η зберігаються і в разі багатоградаційних зображень.
Саме морфологічна будова зорового аналізатора передбачає можливість застосування кордінатно-кодового принципу представлення зображень. У всякому разі такий код був би досить ефективним. У кожен даний момент сигнали йдуть лише по деяких з волокон зорового нерва. Є підстави вважати, що відношення числа діючих у даний момент волокон до загального числа волокон зорового нерва відносно невелика. Це випливає з даних статистики зображень.
В зоровому нерві існує морфологічно визначена відповідність між рецептивными полями і волокнами. «Номер» чинного рецептивного поля задано волокна, по якому передається сигнал.
З сітківки сигнали по волокнах зорового нерва надходять у зовнішнє коленчатое тіло (таламус). У приматів кожне волокно зорового нерва розділяється в таламусі на 5 - 6 закінчень, кожне з яких контактує з однією клітиною колінчастого тіла. Цікаво, що у кішки, на відміну від приматів, на одній клітині може закінчуватися велике число синапсів.
Аксони клітин колінчастого толу йдуть в 17-е поле (area striata) зорової кори, де закінчуються в основному на тілах клітин IV шару. 17-е поле являє собою проекцію сітківки. Однак цю проекцію не слід представляти як просте відповідність між окремими ганглиозными клітинами сітківки і клітинами кори. Не кажучи вже про те, що клітин кори значно більше, переплетення нервових контактують відростків припускають якийсь інший, більш складний тип відповідності. В той же час ураження певних ділянок зорової кори викликають дегенерацію відповідних нервових елементів в зорових шляхах і випадання певних ділянок поля зору. Згідно Оксу (Ochs, 1959), аферентні волокна, входячи в 17-е поле, багаторазово діляться і утворюють систему випадково розподілених закінчень. В той же час є грубе відповідність між сітківкою і зорової корою високоорганізованих тварин або сітківкою і зоровими частками - вищим зоровим центром жаби (Gaze, 1958).
17-е поле пов'язане з 18-м і 19-м полями, вже не мають топологічного відповідності з сітківкою. Немає майже ніяких відомостей про те, як закодовані повідомлення при передачі по цих коліях.
Нервова система організована за принципом перекриваються секторів. Кожна клітина попереднього «поверху» пов'язана з великим числом клітин наступного поверху». У той же час кожна наступна клітинка пов'язана з великою кількістю нижчих клітин. Це було вже видно на прикладі будови сітківки. Кожне зорове волокно, що виходить із сітківки, розщеплюється на 5-6 волоконец, що закінчуються синапсами на окремих клітинах зовнішнього колінчастого тіла. У зоровій корі, як показав Шолл (Sholl, 1954), кожне поодиноке волокно - аксон, що йде з колінчастого тіла, може контактувати приблизно з 5 тис. нейронів зорової кори. В той же час кожен з нейронів цього шару зорової кори може приймати сигнали від 4 тис. інших клітин.
Вивчаючи сумарні електричні реакції, що виникають в різних шарах зорової кори при подразненні нижчих відділів зорової системи, і Клер Бішоп (Bishop a. Clare, 1953) прийшли до наступних уявленням. Елементи корковою мережі утворюють систему одночасно паралельних і послідовних з'єднань. Кожне аферентні волокно на даному синаптическом рівні пов'язане з кількома постсинаптическими елементами. Цей паралельний ряд забезпечує перекриття. Синаптичні рівні послідовно з'єднані один з одним. Крім того, є колатералі, що зв'язують віддалені один від одного синаптичні рівні (рис. 47).
Рис. 47. Схема нервових зв'язків у зоровій корі.
Основні зв'язки - суцільні лінії;
Колатералі - штрихові лінії; афференты від інших аналізаторів - пунктир.
Можна думати, що у функції таламуса входить збір інформації з «працюють» волокон зорового нерва. Сигнали, що виходять з клітин колінчастого тіла, вже не мають такого простого відповідності з характеристиками світлового стимулу.
Це, наприклад, показали Арденн і 10 Хв (Ardenn a. Yu Ming-Liu, 1960а,b), вивчали відповідь таламических зорових клітин кролика на періодичні світлові миготіння. Тоді як у клітинах сітківки у відповідь на мелькає світло виникають синхронні групи імпульсів, в клітинах колінчастого тіла відповідь такого типу майже не вдавалося виявити. Імпульси, які йдуть з клітин колінчастого тіла, являють собою випадкову послідовність, що має у всякому разі набагато меншу кореляцію, ніж сигнали з гангліозних клітин сітківки. Включення спалахів світла не змінювало характер цієї послідовності, лише при дуже великих інтенсивностях можна було помітити деякий перерозподіл межпиковых інтервалів.
Це дозволяє висловити припущення, що вже на рівні колінчастого тіла відбувається перехід до власне статистичного кодування. Може бути, це пов'язано з тим, що використовуються сигнали тільки від «працюють» волокон, виділених у процесі декорреляции.
Важко вважати випадковим те обставина, що сигнали, що виходять з клітин колінчастого тіла, не тільки не мали форму, подібну з первинним сигналом, але, що особливо важливо, набували схожість з шумом - процесом, який характеризується малою кореляцією.
