Каждый раз, когда вы прокручиваете Facebook, вы сталкиваетесь с десятками лиц - некоторые знакомые, некоторые нет. И все же, едва взглянув, ваш мозг оценивает особенности этих лиц и подгоняет их к соответствующему человеку, часто еще до того, как вы успеете прочесть, кто отмечен или кто опубликовал альбом. Исследования показывают, что многие люди узнают лица, даже если они забывают другие важные сведения о человеке, такие как его имя или работа.
Связанный контент
- Как вы выбираете лемура из очереди? Это программное обеспечение делает скачок
- Это приложение использует программное обеспечение для распознавания лиц, чтобы помочь определить генетические условия
- Эту тропическую рыбу можно научить распознавать человеческие лица
Это имеет смысл: будучи очень социальными животными, люди должны иметь возможность быстро и легко идентифицировать друг друга в лицо. Но как именно этот замечательный процесс работает в мозге?
Этот вопрос раздражал Ле Чанга, невролога из Калифорнийского технологического института, в 2014 году. В предыдущих исследованиях директор лаборатории уже выявлял нейроны в мозгу приматов, которые обрабатывали и распознавали лица. Эти шесть областей височной доли мозга, называемые «пятнами на лице», содержат специфические нейроны, которые, по-видимому, гораздо более активны, когда человек или обезьяна смотрит на лицо, чем другие объекты.
«Но я понял, что пропал большой вопрос», - говорит Чанг. То есть: как пятна распознают лица. «Люди до сих пор не знали точного кода лиц для этих нейронов».
В поисках метода, который мозг использует для анализа и распознавания лиц, Чанг решил математически разбить лицо. Он создал почти 2000 искусственных человеческих лиц и разбил их составные части по категориям, охватывающим 50 характеристик, которые отличают лица от цвета кожи до расстояния между глазами. Им он имплантировал электроды двум макакам-резусам, чтобы записать, как нейроны в пятнах на их мозгу сработали, когда им показали искусственные лица.
Затем, показав обезьянам тысячи лиц, Чанг смог отобразить, какие нейроны запускаются в зависимости от того, какие элементы были на каждом лице, - сообщает он в исследовании, опубликованном в этом месяце в журнале Cell .
Оказалось, что каждый нейрон на участках лица реагировал в определенных пропорциях только на один признак или «измерение» того, что отличает лица. Это означает, что для ваших нейронов лицо представляет собой сумму отдельных частей, в отличие от одной структуры. Чанг отмечает, что он смог создать лица, которые выглядели очень разными, но производили одинаковые образцы нейронного возбуждения, потому что они имели общие черты.
Этот метод распознавания лиц отличается от того, что некоторые нейробиологи ранее думали о том, как люди распознают лица. Ранее существовали две противоположные теории: «кодирование образца» и «кодирование нормы». Для теории кодирования образца нейробиологи предположили, что мозг распознает лица, сравнивая черты лица с их крайними или отличными примерами, в то время как теория кодирования нормы предложила, чтобы мозг анализировал, как черты лица отличались от «среднего лица».
Понимание этого паттерна нейронного обстрела позволило Чангу создать алгоритм, с помощью которого он мог бы на самом деле провести реверс-инжиниринг моделей всего 205 нейронов, когда обезьяна смотрела на лицо, чтобы создать то, что смотрит на обезьяну, даже не зная, какое лицо видит обезьяна., Как полицейский художник, работающий с эскизами, работающий с человеком, чтобы объединить черты лица, он смог взять черты, предлагаемые деятельностью каждого отдельного нейрона, и объединить их в единое лицо. Почти в 70 процентах случаев люди, взятые с краудсорсингового сайта Amazon Turk, сравнивали исходное лицо и воссозданное лицо как одно и то же.
«Люди всегда говорят, что картинка стоит тысячи слов», - сказал соавтор нейробиологии Дорис Цао в пресс-релизе. «Но я бы хотел сказать, что изображение лица стоит около 200 нейронов».
Искусственные лица показали обезьянам и реконструкциям, которые исследователи сделали, используя только нервную активность их мозга. (Дорис Цао) Бевил Конвей, невролог из Национального института глаз, сказал, что новое исследование произвело на него впечатление.
«Это обеспечивает принципиальное объяснение того, как происходит распознавание лиц, используя данные реальных нейронов», - говорит Конвей, который не принимал участия в исследовании. Он добавил, что такая работа может помочь нам разработать более совершенные технологии распознавания лиц, которые в настоящее время известны своими недостатками. Иногда результат смехотворен, но в других случаях алгоритмы, на которые опираются эти программы, имеют серьезные расовые предубеждения.
В будущем Чанг считает, что его работа потенциально используется в полицейских расследованиях для выявления потенциальных преступников из числа свидетелей, которые их видели. Эд Коннор, нейробиолог из Университета Джона Хопкинса, представляет программное обеспечение, которое может быть разработано для настройки функций на основе этих 50 характеристик. Такая программа, по его словам, может позволить свидетелям и полиции настраивать лица на основе характеристик, которые люди используют для их различения, например, система из 50 циферблатов, которые свидетели могут превратить в лица, превращенные в то, что они помнят больше всего.
«Вместо того, чтобы описывать, как выглядят другие, - размышляет Чанг, - мы могли бы фактически расшифровать их мысли».
«Авторы заслуживают похвалы за помощь в продвижении этой важной области», - говорит Джим ДиКарло, биомедицинский инженер из Массачусетского технологического института, который исследует распознавание объектов у приматов. Тем не менее, ДиКарло, который не принимал участия в исследовании, считает, что исследователи недостаточно доказывают, что для разграничения лиц требуется всего 200 нейронов. В своем исследовании, он отмечает, он обнаружил, что требуется приблизительно 50 000 нейронов, чтобы различать объекты более реалистичным образом, но все же менее реалистично, чем лица в реальном мире.
Основываясь на этой работе, ДиКарло считает, что для распознавания лиц потребуется где-то от 2000 до 20000 нейронов, даже чтобы различать их с грубым качеством. «Если авторы считают, что лица кодируются почти на три порядка меньше нейронов, это было бы замечательно», - говорит он.
«В целом, эта работа является хорошим дополнением к существующей литературе с некоторыми отличными анализами, - заключает ДиКарло, - но наша область еще не в полном, основанном на модели понимании нейронного кода для лиц».
Коннор, который также не участвовал в новом исследовании, надеется, что это исследование вдохновит новое исследование среди неврологов. Он говорит, что слишком часто эта отрасль науки отвергает более сложные работы мозга, сродни «черным ящикам» компьютерных глубоких нейронных сетей: настолько грязным, что невозможно понять, как они работают.
«Трудно представить, чтобы кто-то когда-либо лучше понимал, как идентичность лица кодируется в мозге», - говорит Коннор из нового исследования. «Это побудит людей искать иногда специфические и сложные нейронные коды». Он уже обсуждал с Цао возможность исследования того, как мозг интерпретирует выражения лица.
«Нейронаука никогда не становится более интересной, чем когда она показывает нам, какие физические события в мозге вызывают специфические переживания», - говорит Коннор. «Для меня это Святой Грааль».
