A simple cell model with dominating opponent inhibition for robust contrast detection

Zusammenfassung. Im primären visuellen Pfad wird Information in zwei getrennten, komplementären Domänen repräsentiert, den onund off-Zellen. In dieser Arbeit untersuchen wir die Interaktion von onund off-Zellen zur Generierung der Eingabe für eine kortikale Einfachzelle. Basierend auf physiologischen Studien schlagen wir einen Mechanismus vor, bei dem eine kortikale Einfachzelle aus beiden Domänen eine Eingabe erhält, wobei die Eingabe aus dem opponenten Pfad stärker gewichtet wird. Mit diesem Mechanismus der dominanten opponenten Inhibition können Antworten von kortikalen Einfachzellen auf HellDunkel-Balken simuliert werden, die im primären visuellen Kortex der Katze gemessen wurden. Bei der Verarbeitung synthetischer und natürlicher Bilder können mit dem neuen Modell schärfere Antworten und bessere Rauschunterdrückung erreicht werden. Wir geben eine stochastische Analyse der Rauschunterdrückungscharakteristika des vorgeschlagenen Mechanismus und präsentieren detaillierte numerische Simulationen mit systematischen Parametervariationen. Die Resultate zeigen, dass das Modell kortikaler Einfachzellen mit dominanter opponenter Inhibition robuster gegenüber verrauschten Eingaben wird, weitgehend unabhängig von der Stärke des Rauschens. Diese Eigenschaft ist möglicherweise der Grund für die physiologisch gemessene dominante Inhibition und für die Repräsentation von Kontrastinformation in zwei komplementären Domänen. Basierend auf diesen Ergebnissen stellen wir die Hypothese auf, dass dominante opponente Inhibition im visuellen System verwendet wird, um in verrauschten Umgebungen Kontraste robust extrahieren zu können.