Minden alkalommal, amikor a Facebook-on görgetsz, tucatnyi arc van kitéve - némelyik ismerős, mások nem. Mégis, alig egy pillantással az agy megvizsgálja az arcok tulajdonságait, és illeszti azokat a megfelelő személyhez, gyakran mielőtt még ideje lenne elolvasni, ki van megcímkézve vagy ki írta az albumot. A kutatások azt mutatják, hogy sok ember felismeri az arcokat, még akkor is, ha elfelejti az ember más fontos részleteit, például a nevét vagy munkáját.
kapcsolodo tartalom
- Hogyan válogathat egy lemurust a felállásból? Ez a szoftver ugrásszerűvé teszi
- Ez az alkalmazás arcfelismerő szoftvert használ a genetikai állapotok azonosításához
- Ezt a trópusi halat fel lehet ismerni az emberi arcok felismerésére
Ennek van értelme: Mint nagyon társadalmi társas állatok, az embereknek képeseknek kell lenniük arra, hogy gyorsan és könnyen azonosítsák egymást látás alapján. De hogyan működik ez a figyelemre méltó folyamat az agyban?
Ez volt a kérdés, ami 2014-ben bosszantja Le Chang-t, a kaliforniai Technológiai Intézet idegtudóst. Az előző kutatások során laboratóriumi igazgatója már azonosította a főemlősök agyában lévő neuronokat, amelyek feldolgozták és felismerték az arcokat. Az agy ideiglenes lebenyének ez a hat területe, az úgynevezett "arcfoltok" bizonyos specifikus neuronokat tartalmaz, amelyek sokkal aktívabbaknak tűnnek, amikor egy személy vagy majom egy arcra néz, mint más tárgyak.
"De rájöttem, hogy nagy kérdés hiányzik" - mondja Chang. Azaz: hogyan javítják fel a javítások az arcokat. "Az emberek még mindig nem tudták a neuronok pontos arckódját."
Az agy által az arcok elemzésére és felismerésére használt módszer keresésekor Chang úgy döntött, hogy az arcot matematikailag lebontja. Közel 2000 mesterséges emberi arcot készített, és alkotóelemeiket kategóriákra bontotta, amelyek 50 olyan jellemzőt foglalnak magukba, amelyek az arcokat különbözik, a bőr színétől a szem közötti helyig. Két rhesus majomba ültette az elektródokat, hogy rögzítsék, hogy az agyuk arcfoltokjában lévő neuronok miként lőtték fel, amikor megmutatták nekik a mesterséges arcokat.
Azután, hogy a majmok több ezer arcát megmutatta, Chang képes volt feltérképezni, melyik idegsejtek lőttek fel, és mely tulajdonságok voltak az egyes arcokon - jelentette be a hónapban a Cell folyóiratban közzétett tanulmány.
Kiderült, hogy az arcfoltokban lévő egyes neuronok bizonyos arányban reagáltak csak egy tulajdonságra vagy "dimenzióra", ami az arcokat különbözteti meg. Ez azt jelenti, hogy az idegsejteket illetően egy arc külön részek összessége, szemben az egyetlen szerkezettel. Chang megjegyzi, hogy képes volt olyan arcokat létrehozni, amelyek rendkívül eltérőnek tűntek, de ugyanazokat az idegi tüzelési mintákat hozta létre, mert ezek közös jellemzői voltak.
Az arcfelismerésnek ez a módszere ellentétben áll azzal, amit egyes idegtudósok korábban gondoltak arról, hogy az emberek hogyan ismerik fel az arcokat. Korábban két ellentétes elmélet létezett: „példakénti kódolás” és „normál kódolás”. A példakénti kódolási elmélethez az idegtudósok javasolták, hogy az agy felismerje az arcokat az arcvonások összehasonlításával a szélsőséges vagy különálló példákkal, míg a normál kódolási elmélet azt javasolta, hogy az agy elemezte, hogy az arc jellemzői hogyan különböznek az „átlagos arctól”.
A neurális tüzelés ezen mintájának megértése lehetővé tette Chang számára egy algoritmus létrehozását, amelynek segítségével valójában megváltoztathatja a mindössze 205 idegrendszer mintáját, amikor a majom egy arcra nézett, és elkészítette azokat a képeket, amelyeket a majom látott, anélkül, hogy még tudta volna, milyen arcot lát a majom. . Mint egy rendõrségi vázlatkészítõ, aki valakivel az arcvonások összekapcsolása érdekében dolgozik, képes volt az egyes neuronok tevékenysége által javasolt jellemzõkre is rávenni a képeket. Az esetek csaknem 70% -ában az Amazon Turk közbeszerzési weboldalából származó emberek megegyeztek az eredeti és az újra létrehozott arclal.
"Az emberek mindig azt mondják, hogy egy kép több ezer szót érdemel" - mondta Doris Tsao, az idegtudós kutató társszerzője a sajtóközleményben. "De szeretnék mondani, hogy egy arc képe körülbelül 200 neuront ér."
A majmoknak ábrázolt mesterséges arcok és azok a rekonstrukciók, amelyeket a kutatók csak az agyuk idegi aktivitásának felhasználásával készítettek. (Doris Tsao) Bevil Conway, a Nemzeti Szem Intézet idegtudós kutatója szerint az új tanulmány lenyűgözte őt.
"Ez egy alapos beszámoló arról, hogyan történik az arcfelismerés, valódi idegsejtekből származó adatok felhasználásával" - mondja Conway, aki nem vett részt a vizsgálatban. Hozzátette, hogy egy ilyen munka segíthet javítani az arcfelismerési technológiákat, amelyek jelenleg híresen hibásak. Az eredmény néha nevetséges, de más esetekben az algoritmusokon, amelyekre ezek a programok támaszkodnak, súlyos faji torzulások vannak.
A jövőben Chang úgy látja, hogy munkáját a rendőrségi nyomozások során potenciálisan felhasználják a potenciális bűnözők profilozására az őket látó tanúkból. Ed Connor, a Johns Hopkins Egyetem idegtudós kutatója olyan szoftvert tervez, amelyet fejleszteni lehetne a funkciók ezen 50 tulajdonság alapján történő kiigazításához. Egy ilyen program - mondja - lehetõvé teheti a tanúknak és a rendõrségnek az arcok finomítását az emberek által jellemzõ jellemzõk alapján, mint például az 50 tárcsázás rendszere, amelyben a tanúk morfikus arcokká válhatnak olyankor, amikor legjobban emlékeznek rá.
"Ahelyett, hogy az emberek leírnák, hogy mások néznek ki, " spekulál Chang, "valójában közvetlenül dekódolhatnánk a gondolataikat."
"A szerzők megérdemelnek kudokat azért, hogy hozzájáruljanak ennek a fontos területnek a haladásához" - mondja Jim DiCarlo, az MIT orvosbiológiai mérnöke, aki a főemlősökön tárgyak felismerését kutatja. DiCarlo, aki nem vett részt a vizsgálatban, úgy gondolja, hogy a kutatók nem bizonyítják megfelelően, hogy csupán 200 idegsejtre van szükség az arcok megkülönböztetésére. Kutatásában, megjegyzi, azt találta, hogy körülbelül 50 000 neuron szükséges az objektumok realisztikusabb megkülönböztetésére, de mégis kevésbé valósághű, mint a való világbeli arcok.
E munka alapján a DiCarlo becslése szerint az arcok felismerése valamilyen körülmények között 2000 és 20 000 idegrendszert igényel, még durva minőségű megkülönböztetés céljából is. "Ha a szerzők úgy gondolják, hogy az arcokat csaknem három nagyságrenddel kevesebb neuron kódolja, az figyelemre méltó" - mondja.
"Összességében ez a munka szép kiegészítésként szolgál a meglévő irodalomhoz néhány nagyszerű elemzéssel" - fejezi be a következtetést DiCarlo -, de a mezőnk még mindig nincs teljes, modell-alapú megértés az arcok idegi kódjáról. "
Connor, aki szintén nem vett részt az új kutatásban, reméli, hogy ez a tanulmány új kutatásokat ösztönöz az idegtudósok körében. Túl gyakran, mondja, ez a tudományág elutasította az agy bonyolultabb működését, mint a számítógépes mély idegi hálózatok „fekete dobozaihoz”: olyan rendetlen, hogy lehetetlen megérteni, hogyan működnek.
„Nehéz elképzelni, hogy valaki jobban megérti, hogy megértsék, hogyan kódolják az arcát az agyban” - mondja Connor az új tanulmánynak. „Arra ösztönzi az embereket, hogy néha speciális és összetett idegkódokat keressenek.” Már megbeszélte Tsao-val annak lehetőségét, hogy kutatja, hogyan értelmezi az agy az arckifejezéseket.
"Az idegtudomány soha nem válik érdekesebbé, mint amikor megmutatja nekünk, hogy az agy fizikai eseményei milyen különleges élményekhez vezetnek" - mondja Connor. "Számomra ez a Szent Grál."
