Za każdym razem, gdy przeglądasz Facebook, jesteś narażony na dziesiątki twarzy - niektóre znajome, inne nie. Jednak ledwo na pierwszy rzut oka mózg ocenia cechy tych twarzy i dopasowuje je do odpowiedniej osoby, często zanim zdążysz przeczytać, kto oznaczył album lub kto go opublikował. Badania pokazują, że wiele osób rozpoznaje twarze, nawet jeśli zapomną o innych kluczowych szczegółach dotyczących danej osoby, takich jak imię i nazwisko lub praca.
powiązana zawartość
- Jak wybrać lemura z składu? To oprogramowanie robi skok
- Ta aplikacja korzysta z oprogramowania do rozpoznawania twarzy, aby pomóc zidentyfikować warunki genetyczne
- Tej tropikalnej ryby można nauczyć rozpoznawania ludzkich twarzy
Ma to sens: jako wysoce towarzyskie zwierzęta ludzie muszą być w stanie szybko i łatwo zidentyfikować się na podstawie wzroku. Ale jak dokładnie działa ten niezwykły proces w mózgu?
Takie pytanie było dokuczliwe Le Chang, neurobiolog z California Institute of Technology, w 2014 roku. We wcześniejszych badaniach jego dyrektor laboratorium zidentyfikował już neurony w mózgach naczelnych, które przetwarzały i rozpoznawały twarze. Te sześć obszarów płata skroniowego mózgu, zwane „łatami na twarz”, zawierają określone neurony, które wydają się być znacznie bardziej aktywne, gdy osoba lub małpa patrzy na twarz niż na inne obiekty.
„Ale zdałem sobie sprawę, że brakuje jednego ważnego pytania”, mówi Chang. To znaczy: jak łatki rozpoznają twarze. „Ludzie nadal [nie] znali dokładnego kodu twarzy dla tych neuronów”.
W poszukiwaniu metody, którą mózg wykorzystuje do analizy i rozpoznawania twarzy, Chang postanowił rozbić twarz matematycznie. Stworzył prawie 2000 sztucznych twarzy ludzkich i podzielił ich części składowe według kategorii obejmujących 50 cech, które sprawiają, że twarze są różne, od koloru skóry do ilości przestrzeni między oczami. Wszczepili elektrody dwóm małpom rezusowym, aby zarejestrować, w jaki sposób neurony w ich płatach mózgowych wystrzeliły, gdy pokazano im sztuczne twarze.
Pokazując małpom tysiące twarzy, Chang był w stanie zmapować, które neurony zostały wystrzelone w odniesieniu do tego, które rysy znajdują się na każdej twarzy, informuje w badaniu opublikowanym w tym miesiącu w czasopiśmie Cell .
Okazało się, że każdy neuron w płatach twarzy reagował w określonych proporcjach tylko na jedną cechę lub „wymiar” tego, co czyni twarze innymi. Oznacza to, że jeśli chodzi o twoje neurony, twarz jest sumą oddzielnych części, w przeciwieństwie do pojedynczej struktury. Chang zauważa, że był w stanie stworzyć twarze, które wyglądałyby zupełnie inaczej, ale wytwarzały te same wzory strzelania neuronowego, ponieważ miały wspólne cechy.
Ta metoda rozpoznawania twarzy stoi w sprzeczności z tym, co niektórzy neurobiologowie sądzili wcześniej o tym, jak ludzie rozpoznają twarze. Wcześniej istniały dwie przeciwne teorie: „przykładowe kodowanie” i „normalne kodowanie”. Dla przykładowej teorii kodowania neurobiologowie sugerowali, że mózg rozpoznaje twarze, porównując rysy twarzy z ich skrajnymi lub odrębnymi przykładami, podczas gdy teoria normalnego kodowania sugerowała, że mózg analizował, w jaki sposób rysy twarzy różnią się od „przeciętnej twarzy”.
Zrozumienie tego wzorca strzelania neuronowego pozwoliło Changowi stworzyć algorytm, dzięki któremu mógłby faktycznie dokonać inżynierii wstecznej wzorców wystrzeliwania zaledwie 205 neuronów, gdy małpa spojrzała na twarz, aby stworzyć twarze, które widziała małpa, nawet nie wiedząc, jaką twarz widziała małpa . Podobnie jak policyjny artysta szkicowy pracujący z osobą w celu połączenia rysów twarzy, był w stanie wziąć rysy sugerowane przez aktywność każdego neuronu i połączyć je w pełną twarz. W prawie 70 procentach przypadków ludzie zaczerpnięci ze strony crowdsourcingowej Amazon Turk dopasowali oryginalną twarz i odtworzoną twarz jako identyczne.
„Ludzie zawsze mówią, że obraz jest wart tysiąca słów” - powiedziała współautorka neurobiolog Doris Tsao w komunikacie prasowym. „Lubię jednak powiedzieć, że zdjęcie twarzy jest warte około 200 neuronów”.
Sztuczne twarze pokazane małpom i rekonstrukcje wykonane przez naukowców przy użyciu tylko aktywności neuronalnej z ich mózgów. (Doris Tsao) Bevil Conway, neurobiolog z National Eye Institute, powiedział, że nowe badanie zrobiło na nim wrażenie.
„Zapewnia oparte na zasadach opisanie rozpoznawania twarzy na podstawie danych z prawdziwych neuronów” - mówi Conway, który nie był zaangażowany w badanie. Dodał, że takie prace mogą pomóc nam opracować lepsze technologie rozpoznawania twarzy, które obecnie są powszechnie znane. Czasami wynik jest śmieszny, ale innym razem algorytmy, na których opierają się te programy, mają poważne uprzedzenia rasowe.
W przyszłości Chang postrzega swoją pracę jako potencjalnie wykorzystywaną w dochodzeniach policyjnych w celu profilowania potencjalnych przestępców od świadków, którzy ich widzieli. Ed Connor, neurobiolog z Johns Hopkins University, przewiduje oprogramowanie, które można opracować w celu dostosowania funkcji w oparciu o te 50 cech. Taki program, jak mówi, mógłby pozwolić świadkom i policji na dostrojenie twarzy w oparciu o cechy charakterystyczne używane przez ludzi do ich rozróżnienia, podobnie jak system 50 tarcz, które świadkowie mogą zmienić w twarze, kiedy tylko zapamiętają najwięcej.
„Zamiast ludzi opisujących, jak wyglądają inni, ” spekuluje Chang, „moglibyśmy faktycznie bezpośrednio rozszyfrować ich myśli”.
„Autorzy zasługują na uznanie za pomoc w prowadzeniu tego ważnego obszaru do przodu”, mówi Jim DiCarlo, inżynier biomedyczny z MIT, który bada rozpoznawanie obiektów u naczelnych. Jednak DiCarlo, który nie był zaangażowany w badanie, uważa, że naukowcy nie udowadniają w odpowiedni sposób, że do rozróżnienia twarzy potrzeba zaledwie 200 neuronów. Jak zauważa, w swoich badaniach odkrył, że potrzeba około 50 000 neuronów, aby odróżnić obiekty w bardziej realistyczny sposób, ale wciąż mniej realistyczne niż twarze w prawdziwym świecie.
Na podstawie tej pracy DiCarlo szacuje, że rozpoznawanie twarzy wymagałoby od 2000 do 20 000 neuronów nawet do ich rozróżnienia z grubsza. „Jeśli autorzy uważają, że twarze są kodowane przez prawie trzy rzędy mniej neuronów, byłoby to niezwykłe” - mówi.
„Ogólnie rzecz biorąc, ta praca jest miłym dodatkiem do istniejącej literatury z kilkoma świetnymi analizami” - podsumowuje DiCarlo - „ale nasza dziedzina wciąż nie jest jeszcze w pełni, oparta na modelach, zrozumieniem kodu neuronowego dla twarzy”.
Connor, który również nie był zaangażowany w nowe badania, ma nadzieję, że badania te zainspirują nowe badania wśród neuronaukowców. Mówi, że zbyt często ta gałąź nauki odrzuca bardziej złożone funkcjonowanie mózgu jako „czarne skrzynki” komputerowych sieci neuronowych: tak bałaganiarskie, że niemożliwe jest zrozumienie ich działania.
„Trudno sobie wyobrazić, aby ktokolwiek kiedykolwiek lepiej zrozumiał, w jaki sposób tożsamość twarzy jest kodowana w mózgu”, mówi Connor z nowego badania. „Zachęci to ludzi do szukania czasami specyficznych i złożonych kodów neuronowych.” Już wcześniej omawiał z Tsao możliwość zbadania, jak mózg interpretuje mimikę twarzy.
„Neuronauka nigdy nie staje się bardziej interesująca niż wtedy, gdy pokazuje nam, jakie są fizyczne zdarzenia w mózgu, które powodują określone doświadczenia”, mówi Connor. „Dla mnie to jest Święty Graal”.
