수용영역

3. 체성 감각 시스템

체성 감각 시스템에서 수용 영역은 피부 또는 기관의 한 영역이다. 기계 수용기는 수용 영역의 크기에 따라 감지 능력에 차이를 보인다. 큰 수용 영역은 넓은 범위의 변화를 감지할 수 있지만, 공간적 정밀도는 떨어진다. 따라서 손가락 끝처럼 미세한 구조를 감지해야 하는 부위는 작은 수용 영역을 가진 기계 수용기가 밀집해 있다. 반면 등이나 다리처럼 넓은 부위는 수용기 수가 적고, 수용 영역이 크다.

3. 1. 기계 수용기의 수용 영역 크기

4. 시각 시스템

시각 시스템에서 수용 영역은 시각 공간의 특정 영역으로, 빛 자극에 반응하는 망막의 영역이다. 이는 중심와에서 가장 작으며, 몇 각분에서 페이지 전체에 이를 수 있다.^[5]

광수용체의 수용 영역은 빛이 해당 세포의 발화를 변화시킬 모든 시각 방향을 포함하는 원뿔 모양의 부피를 가진다. 그 꼭짓점은 수정체의 중앙에 위치하고 있으며, 그 밑면은 시각 공간에서 본질적으로 무한대에 위치한다. 전통적으로 시각 수용 영역은 2차원 형태로 묘사되었지만, 이는 연구자가 자극을 제시한 화면을 따라 잘라낸 특정 세포가 반응할 공간의 부피의 단면일 뿐이다.^[5]

시각 피질의 양안 뉴런의 경우, 수용 영역은 광학적 무한대까지 확장되지 않고, 동물이나 눈이 고정하는 지점으로부터 특정 거리 간격으로 제한된다. (파눔 영역 참조)^[5]

수용 영역은 종종 빛의 작용이 뉴런의 발화를 변경하는 망막의 영역으로 식별된다. 망막 신경절 세포에서 이 망막 영역은 특정 신경절 세포에 양극 세포, 수평 세포, 및 무축삭 세포를 통해 연결된 한 눈의 모든 광수용체, 즉 모든 간상체와 원추 세포를 포함한다. 시각 피질의 양안 뉴런의 경우, 양쪽 망막(각 눈에 하나씩)의 해당 영역을 지정해야 한다. 이들은 한쪽 눈을 감음으로써 각 망막에서 개별적으로 매핑할 수 있지만, 뉴런 발화에 대한 전체 영향은 양쪽 눈이 모두 열려 있을 때만 나타난다.^[5]

허블과 비젤^[5]은 "시각 시스템의 한 수준의 세포 수용 영역은 시각 시스템의 더 낮은 수준의 세포 입력으로 형성된다"는 이론을 발전시켰다. 이런 방식으로, 작고 단순한 수용 영역은 크고 복잡한 수용 영역을 형성하기 위해 결합될 수 있다. 이후 이론가들은 시각 시스템의 한 수준의 세포가 더 높은 수준의 피드백 영향을 받도록 허용함으로써 이 단순하고 계층적인 배열을 정교하게 만들었다.^[5]

수용 영역은 광수용체, 망막 신경절 세포, 외측 슬상핵 세포, 시각 피질 세포, 외측 선조 피질 세포에 이르기까지 시각 시스템의 모든 수준에 대해 매핑되었다.^[5]

4. 1. 망막 신경절 세포의 수용 영역

• 온-중심(on-center) 세포: 수용 영역의 중심부를 빛으로 자극하면 탈분극이 일어나 신경절 세포의 발화 빈도가 증가한다. 반대로 주변부를 자극하면 과분극이 일어나 발화 빈도가 감소한다. 중심부와 주변부를 동시에 자극하면 중심부와 주변부의 상호 억제로 인해 약한 반응만 나타난다.
• 오프-중심(off-center) 세포: 온-중심 세포와 반대로, 주변부의 빛 자극에 의해 흥분하고 중심부의 자극에 의해 억제된다.

4. 2. 외측 슬상핵의 수용 영역

4. 3. 시각 피질의 수용 영역

4. 3. 1. 휴벨과 비젤의 시각 처리 세포 분류

4. 4. 외측 선조 시각 영역의 수용 영역

4. 5. 시각 수용 영역의 계산 이론

5. 인공 신경망에서의 수용 영역

인공 신경망, 특히 합성곱 신경망(CNN)에서 수용 영역(receptive field)은 특정 특징(feature)을 생성하는 데 관여하는 입력 데이터의 영역을 의미한다. CNN은 이러한 수용 영역 개념을 활용하여 이미지와 같은 시각적 데이터 처리에서 뛰어난 성능을 보인다.^[8][9][10]

CNN에서 각 뉴런은 이전 계층의 모든 뉴런이 아닌 일부 뉴런과만 연결된다. 이 연결된 영역이 바로 수용 영역이다. 하위 계층의 뉴런은 이미지의 일부분, 즉 작은 영역만을 "보는" 반면, 상위 계층의 뉴런은 여러 하위 계층 뉴런의 수용 영역을 결합하여 더 넓은 영역을 "본다". 이를 통해 각 계층은 원본 이미지의 점점 더 추상적인 특징을 학습하게 된다.

5. 1. CNN에서의 수용 영역 활용

참조

_[1] 논문 Receptive field
_[2] 논문 Observations on the scratch-reflex in the spinal dog http://jp.physoc.org[...]
_[3] 논문 Estimating spatio-temporal receptive fields of auditory and visual neurons from their responses to natural stimuli
_[4] 논문 Idealized computational models for auditory receptive fields
_[5] 문서 Hubel-Wiesel, 1962 https://www.ncbi.nlm[...]
_[6] 서적 Biological psychology 2014-12-19
_[7] 논문 High-resolution imaging of expertise reveals reliable object selectivity in the fusiform face area related to perceptual performance
_[8] 논문 A computational theory of visual receptive fields https://dx.doi.org/1[...] T. Lindeberg
_[9] 논문 Normative theory of visual receptive fields https://doi.org/10.1[...] T. Lindeberg
_[10] 논문 Covariance properties under natural image transformations for the generalized Gaussian derivative model for visual receptive fields https://dx.doi.org/1[...] T. Lindeberg
_[11] 논문 Receptive field dynamics in the central visual pathways
_[12] 문서 A modern view of the classical receptive field: linear and non-linear spatio-temporal processing by V1 neurons. In: Chalupa, L.M., Werner, J.S. (eds.) The Visual Neurosciences, vol. 1, pp. 704–719. MIT Press, Cambridge, 2004.
_[13] 논문 The visual cortex of the brain http://hubel.med.har[...]
_[14] 논문 The fusiform face area: a module in human extrastriate cortex specialized for face perception
_[15] 논문 A cortical region consisting entirely of face-selective cells
_[16] 논문 Receptive field http://www.scholarpe[...]