https://frosthead.com

Kuidas teie aju kõiki neid nägusid ära tunneb

Iga kord, kui sirvite Facebookis, puutute kokku kümnete nägudega - mõni on tuttav, mõni mitte. Vaevalt ühe pilguga hindab teie aju nende nägude tunnuseid ja sobib neile vastava inimesega, sageli enne, kui teil on isegi aega lugeda, kes on märgistanud või kes albumi postitanud. Uuringud näitavad, et paljud inimesed tunnevad nägusid ära isegi siis, kui nad unustavad inimese kohta muud olulised üksikasjad, näiteks tema nime või töö.

Seotud sisu

  • Kuidas valida lemur rivist välja? See tarkvara teeb hüppe
  • See rakendus kasutab geneetiliste seisundite tuvastamiseks näotuvastustarkvara
  • Sellel troopilisel kalal tuleb inimnägusid ära tunda

See on mõistlik: väga sotsiaalsete loomadena peavad inimesed olema võimelised teineteist kiiresti ja hõlpsalt tuvastada. Kuid kuidas täpselt see tähelepanuväärne protsess ajus töötab?

See oli 2014. aastal California tehnoloogiainstituudi neuroteadlase Le Changi ärev küsimus. Eelnevate uuringute käigus oli tema laboridirektor juba tuvastanud primaatide ajus neuronid, mis töötlevad ja tunnistasid nägusid. Need kuus aju ajalise lobe piirkonna, mida nimetatakse "näo laigudeks", sisaldavad konkreetseid neuroneid, mis näivad olevat palju aktiivsemad, kui inimene või ahv vaatab nägu kui muud objektid.

"Kuid mõistsin, et puudu on suur küsimus, " räägib Chang. See tähendab: kuidas laigud nägusid ära tunnevad. "Inimesed veel [ei teadnud] nende neuronite täpset näo koodi."

Otsides meetodit, mida aju kasutab nägude analüüsimiseks ja äratundmiseks, otsustas Chang näo matemaatiliselt lagundada. Ta lõi ligi 2000 inimese kunstlikku nägu ja jagas nende komponendid kategooriate kaupa, hõlmates 50 omadust, mis muudavad näod erinevaks, alates nahavärvist ja lõpetades silmade vahelise ruumi suurusega. Nad implanteerisid kahesse reesusahvidesse elektroodid, et registreerida, kuidas nende aju näo laigude neuronid tulistasid, kui neile kunstlikke nägusid näidati.

Näitades ahvidele tuhandeid nägusid, suutis Chang kaardistada, millised neuronid tulistasid ja millised omadused olid kummalgi näol, teatas ta sel kuul ajakirjas Cell avaldatud uuringus.

Selgus, et iga näoplaastrites olev neuron reageeris teatud proportsioonides ainult ühele tunnusele või "mõõtmele", mis muudab näod erinevaks. See tähendab, et neuronite osas on nägu eraldi osade summa, mitte üks struktuur. Chang märgib, et ta suutis luua nägusid, mis näisid äärmiselt erisugused, kuid tekitasid samasugused närvide tulistamise mustrid, kuna neil olid peamised omadused.

See näotuvastuse meetod on vastupidine sellele, mida mõned neuroteadlased varem arvasid, kuidas inimesed nägusid tunnevad. Varem oli kaks vastandlikku teooriat: „eeskujulik kodeerimine” ja „normide kodeerimine”. Esialgse kodeerimise teooria jaoks tegid neuroteadlased ettepaneku, et aju tunnustaks nägusid, võrreldes näojooni nende ekstreemsete või eristatavate näidetega, samas kui normide kodeerimise teooria pakkus välja, et aju analüüsis, kuidas näo omadused erinesid “keskmisest näost”.

Selle neuraalse tulistamise mustri mõistmine võimaldas Changil luua algoritmi, mille abil ta saaks tegelikult ümber ehitada vaid 205 neuroni tulistamise mustrid, kui ahv vaatas nägu, et luua, milliseid nägusid ahv nägi, isegi teadmata, millist nägu ahv nägi. . Nagu politsei visandikunstnik, kes töötab inimesega näojoonte ühendamisel, suutis ta võtta ka iga üksiku neuroni tegevuse soovitatud tunnused ja ühendada need terviklikuks näoks. Ligikaudu 70 protsendil juhtudest vastasid rahvahulga hankimise veebisaidilt Amazon Turk välja töötatud inimesed algsele ja taasloodud näole sama.

"Inimesed ütlevad, et pilt on alati tuhat sõna väärt, " ütles kaasautor neuroteadlane Doris Tsao pressiteates. "Kuid mulle meeldib öelda, et näo pilt on umbes 200 neuroni väärt."

Näod muudetud Ahvidele näidatud kunstlikud näod ja rekonstrueerimised, mille teadlased tegid, kasutades just nende aju närvitegevust. (Doris Tsao)

Riikliku silmainstituudi neuroteadlane Bevil Conway ütles, et uus uuring avaldas talle muljet.

"See annab põhimõttelise ülevaate näotuvastuse tekkimisest, kasutades reaalsete neuronite andmeid, " ütleb Conway, kes polnud uuringuga seotud. Ta lisas, et selline töö võib aidata meil välja töötada paremaid näotuvastustehnoloogiaid, millel on praegu kurikuulsalt viga. Mõnikord on tulemus naeruväärne, kuid muul ajal on leitud, et nende programmide tuginevatel algoritmidel on tõsiseid rassilisi eelarvamusi.

Tulevikus näeb Chang, et tema tööd kasutatakse potentsiaalselt politseiuurimisel potentsiaalsete kurjategijate profiilistamiseks neid näinud tunnistajate poolt. Johns Hopkinsi ülikooli neuroteadlane Ed Connor näeb ette tarkvara, mida saaks arendada funktsioonide kohandamiseks nende 50 omaduse põhjal. Tema sõnul võiks selline programm võimaldada tunnistajatel ja politseinikel nägusid viimistleda nende omaduste põhjal, mida inimesed nende eristamiseks kasutavad, näiteks 50 valimisest koosnev süsteem, mille abil tunnistajad võivad pöörduda morfide poole, kui nad kõige paremini mäletavad.

"Selle asemel, et inimesed kirjeldaksid, kuidas teised välja näevad, " spekuleerib Chang, "võiksime tegelikult nende mõtteid otse dekodeerida."

"Autorid väärivad selle tähtsa valdkonna edasiliikumisel abistamist, " ütleb MITi biomeditsiiniinsener Jim DiCarlo, kes uurib primaatide objektide äratundmist. DiCarlo, kes uuringusse ei kaasatud, arvab aga, et teadlased ei tõesta piisavalt, et nägude eristamiseks on vaja vaid 200 neuroni. Ta märgib oma uurimistöös, et objektide realistlikumaks eristamiseks kulub umbes 50 000 neuroni, kuid see on siiski vähem realistlik kui reaalmaailma näod.

Selle töö põhjal prognoosib DiCarlo, et nägude äratundmine nõuab kuskil vahemikus 2000 kuni 20 000 neuronit, et neid kareda kvaliteediga eristada. "Kui autorid usuvad, et nägusid kodeerivad peaaegu kolm suurusjärku vähem neuronid, oleks see tähelepanuväärne, " ütleb ta.

"Üldiselt on see töö olemasolevale kirjandusele kena täienduseks koos suurepäraste analüüsidega, " võtab DiCarlo kokku, "kuid meie valdkond ei ole ikka veel täielik ja mudelipõhine nägude närvikoodide mõistmine."

Connor, kes samuti uues uuringus ei osalenud, loodab, et see uuring inspireerib neuroteadlaste seas uusi uuringuid. Tema sõnul on see teaduse haru liiga sageli tagasi lükanud aju keerukama töö, mis sarnaneb arvuti sügavate närvivõrkude "mustade kastidega": nii räpane, et on võimatu aru saada, kuidas need töötavad.

"On raske ette kujutada, et keegi teeks paremini tööd, et mõista, kuidas näo identiteet ajus on kodeeritud, " ütleb Connor uue uuringu järgi. “See julgustab inimesi otsima mõnikord spetsiifilisi ja keerulisi närvikoode.” Ta on juba Tsaoga arutanud võimalust uurida, kuidas aju näoilmeid tõlgendab.

“Neuroteadus ei muutu kunagi huvitavamaks, kui see näitab meile, millised on ajus olevad füüsilised sündmused, mis annavad konkreetseid kogemusi, ” räägib Connor. "Minu jaoks on see Püha Graal."

Kuidas teie aju kõiki neid nägusid ära tunneb