Pokaždé, když procházíte Facebook, jste vystaveni desítkám obličejů - některé známé, jiné ne. Přesto váš mozek sotva pohlédne na funkce na těchto tvářích a přizpůsobí je odpovídajícímu jednotlivci, často ještě předtím, než budete mít čas číst, kdo je označen nebo kdo album vydal. Výzkum ukazuje, že mnoho lidí rozpoznává tváře, i když zapomenou na jiné klíčové podrobnosti o osobě, jako je její jméno nebo zaměstnání.
Související obsah
- Jak si vyberete lemur ze sestavy? Tento software dělá skok
- Tato aplikace používá software rozpoznávání obličeje, který pomáhá identifikovat genetické podmínky
- Tato tropická ryba může být naučena rozpoznávat lidské tváře
To dává smysl: Jako vysoce společenská zvířata musí být lidé schopni rychle a snadno se identifikovat zrakem. Jak přesně však tento pozoruhodný proces funguje v mozku?
To byla otázka, která obtěžovala Le Chang, neurovědce na kalifornském technologickém institutu, v roce 2014. V předchozím výzkumu jeho ředitel laboratoře již identifikoval neurony v mozcích primátů, které zpracovávaly a rozpoznávaly tváře. Těchto šest oblastí v mozkovém spánkovém laloku, nazývaných „záplaty na obličeji“, obsahuje specifické neurony, které se zdají být mnohem aktivnější, když se osoba nebo opice dívá na obličej než jiné objekty.
„Ale uvědomil jsem si, že chybí velká otázka, “ říká Chang. To je: jak záplaty rozpoznávají tváře. "Lidé stále nevěděli přesný kód tváří pro tyto neurony."
Při hledání metody, kterou mozek používá k analýze a rozpoznání tváří, se Chang rozhodl rozložit tvář matematicky. Vytvořil téměř 2 000 umělých lidských tváří a rozdělil jejich součásti podle kategorií zahrnujících 50 charakteristik, díky nimž se tváře liší, od barvy pleti po množství prostoru mezi očima. Implantoval elektrody do dvou opic rhesus, aby zaznamenal, jak se neurony v mozkových obličejových plamenech odpalovaly, když jim byly ukázány umělé tváře.
Poté, co Chang ukázal opicím tisíce tváří, dokázal zmapovat, které neurony vystřelily v souvislosti s tím, jaké rysy byly na každé tváři, uvádí ve studii zveřejněné tento měsíc v časopise Cell .
Ukázalo se, že každý neuron v obličejových náplastech reagoval v určitých poměrech pouze na jeden znak nebo „rozměr“ toho, co dělá obličeje odlišnými. To znamená, že pokud jde o vaše neurony, tvář je součtem samostatných částí, na rozdíl od jediné struktury. Chang poznamenává, že dokázal vytvořit tváře, které vypadaly velmi odlišně, ale vytvořily stejné vzorce neuronového střílení, protože sdílely klíčové funkce.
Tato metoda rozpoznávání tváře stojí v kontrastu s tím, co někteří neurovědci dříve mysleli na to, jak lidé rozpoznávají tváře. Dříve existovaly dvě protichůdné teorie: „příkladné kódování“ a „normování kódování“. Pro příkladnou teorii kódování neurovědci navrhli, aby mozek rozpoznal tváře porovnáním rysů obličeje s extrémními nebo odlišnými příklady, zatímco teorie kódování norem navrhla, že mozek analyzoval, jak se rysy obličeje lišily od „průměrné tváře“.
Pochopení tohoto vzorce neuronového střílení umožnilo Changovi vytvořit algoritmus, pomocí kterého by mohl ve skutečnosti zpětně analyzovat vzory pouze 205 neuronů, které vystřelily, když se opice podívala na tvář, aby vytvořila tváře, které opice viděla, aniž by věděla, jakou tvář opice viděla . Jako umělec policejní skici, který s osobou kombinoval rysy obličeje, byl schopen vzít rysy navržené aktivitou každého jednotlivého neuronu a kombinovat je do úplné tváře. V téměř 70 procentech případů lidé z webu crowdsourcingu Amazon Turk shodovali původní tvář a znovu vytvořenou tvář jako stejnou.
„Lidé vždy říkají, že obrázek stojí za tisíc slov, “ uvedl v tiskové zprávě spoluautor neurovědec Doris Tsao. "Ale rád bych řekl, že obrázek tváře má hodnotu asi 200 neuronů."
Umělé tváře ukázaly opicím a rekonstrukcím, které vědci provedli s použitím pouze neurální aktivity z mozku. (Doris Tsao) Bevil Conway, neurovědec v National Eye Institute, řekl, že nová studie na něj udělala dojem.
„Poskytuje principiální popis toho, jak k rozpoznávání obličeje dochází, s využitím dat od skutečných neuronů, “ říká Conway, který se studie nezúčastnil. Dodal, že taková práce nám může pomoci vyvinout lepší technologie rozpoznávání obličeje, které jsou v současné době notoricky chybné. Někdy je výsledek směšný, ale jindy byly algoritmy, na které tyto programy spoléhají, zjištěny, že mají vážné rasové zkreslení.
V budoucnu Chang považuje jeho práci za potenciálně využitou při policejním vyšetřování k profilování potenciálních zločinců od svědků, kteří je viděli. Ed Connor, neurovědec na Johns Hopkins University, předpokládá software, který by mohl být vyvinut pro přizpůsobení funkcí na základě těchto 50 charakteristik. Takový program, jak říká, by mohl umožnit svědkům a policiím doladit tváře na základě charakteristik, které lidé používají k jejich rozlišení, jako je systém 50 číselníků, který by mohli svědci proměnit na morfové tváře, jakmile si pamatují nejvíce.
„Namísto lidí, kteří popisují, jak vypadají ostatní, “ spekuluje Chang, „bychom mohli jejich myšlenky přímo dekódovat.“
"Autoři si zaslouží kudos, protože pomáhají posouvat tuto důležitou oblast vpřed, " říká Jim DiCarlo, biomedicínský inženýr MIT, který zkoumá rozpoznávání objektů u primátů. DiCarlo, který se studie nezúčastnil, si však myslí, že vědci dostatečně neprokazují, že k rozlišení mezi tvářemi je potřeba pouze 200 neuronů. Ve svém výzkumu poznamenává, že zjistil, že rozlišení realisticky, ale stále méně realisticky než tváří v reálném světě, vyžaduje zhruba 50 000 neuronů.
Na základě této práce DiCarlo odhaduje, že rozpoznávání obličejů by vyžadovalo někde mezi 2 000 až 20 000 neuronů, aby je bylo možné rozlišit v hrubé kvalitě. "Pokud se autoři domnívají, že obličeje jsou kódovány téměř třemi řády o velikosti méně neuronů, bylo by to pozoruhodné, " říká.
"Celkově je tato práce pěkným doplňkem stávající literatury s několika skvělými analýzami, " uzavírá DiCarlo, "ale naše pole stále ještě není v úplném, modelu založeném porozumění nervového kódu pro tváře."
Connor, který také nebyl zapojen do nového výzkumu, doufá, že tato studie bude inspirovat nový výzkum mezi neurovědci. Říká, že toto odvětví vědy příliš často odmítlo složitější fungování mozku, které se podobá „černým krabicím“ počítačových hlubokých neuronových sítí: tak chaotický, že není možné pochopit, jak fungují.
"Je těžké si představit, že by někdo někdy dělal lepší práci, aby pochopil, jak je v mozku zakódována identita obličeje, " říká Connor z nové studie. "Povzbudí lidi, aby hledali někdy specifické a složité nervové kódy." Už s Tsao diskutoval o možnosti zkoumat, jak mozek interpretuje výrazy obličeje.
"Neurověda se nikdy nestane zajímavější, než když nám ukazuje, jaké fyzické události v mozku vedou ke konkrétním zážitkům, " říká Connor. "Pro mě je to svatý grál."
