Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Wyznaczanie trendów w nauce: Precyzyjne odtwarzanie ludzkich twarzy na podstawie monitorowania aktywności komórek mózgowych małp

Naukowcy precyzyjnie odtworzyli wizerunki twarzy widzianych przez makaki na podstawie monitorowania aktywności konkretnych regionów ich mózgów. Pokazali makakom zdjęcia ludzkich twarzy, po czym zanalizowali reakcję około 200 komórek w regionach znanych jako „układ plamek twarzowych makaka”, wykorzystując następnie te sygnały do odtworzenia twarzy pokazanej na fotografii.
Wyznaczanie trendów w nauce: Precyzyjne odtwarzanie ludzkich twarzy na podstawie monitorowania aktywności komórek mózgowych małp
Wykorzystując czynnościowy rezonans magnetyczny (fMRI) oraz nagrania elektrofizjologiczne, naukowcy podjęli próbę opracowania eksplicytnego modelu komórek selekcjonujących twarze jako sposób dekodowania arbitralnych, realistycznych reakcji komórek odpowiedzialnych za rozpoznawanie twarzy. Postanowili także sprawdzić czy można przewidzieć aktywowanie się tych komórek w reakcji na widok twarzy.

Jednym z pierwszych kroków podjętych w ramach projektu było zbadanie, jak komórki mózgowe przetwarzają rozpoznawane obrazy w pierwszorzędowej korze wzrokowej. We wcześniejszych pracach, prowadzonych przez prof. Doris Tsao z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (Caltech) z zespołem, wykorzystano fMRI do zidentyfikowania miejsc skupienia wyspecjalizowanych komórek, które się aktywują na widok twarzy. Neurony, nazwane przez zespół „komórkami twarzowymi”, znajdują się w sześciu obszarach dolnej kory skroniowej. Naukowcy nazwali te miejsca „plamkami twarzowymi”.

W ramach prowadzonych badań najpierw zlokalizowali za pomocą fMRI sześć plamek twarzowych u dwóch małp, przedstawiając zestaw bodźców aktywujących lokalizator twarzy, zawierający wizerunki twarzy oraz inne obiekty. Następnie niektóre plamki wyznaczono na cel nagrań elektrofizjologicznych. Aby zinterpretować aktywność tych komórek, zespół stworzył zestaw 50 różnych parametrów, dzięki którym twarz staje się rozpoznawalna, takich jak: odległość między oczami, szerokość linii włosów czy cechy niezwiązane już z kształtem, jak odcień skóry.

Pokazując zwierzętom zdjęcia 2000 twarzy, zespół monitorował powstającą w tym czasie aktywność 205 neuronów w plamkach twarzowych. Wyniki ich badań opublikowane zostały w czasopiśmie »Cell«, w artykule pt. „The Code for Facial Identity in the Primate Brain”. Pisząc o tych wynikach, czasopismo New Scientist cytuje prof. Tsao: „Złamaliśmy kod mózgu do identyfikowania twarzy”.

Profesor Tsao wyjaśnia, że choć liczba możliwych twarzy jest nieskończona, każdą można ująć za pomocą zaledwie 50 parametrów. „To jak obrazowanie komputerowe z tą różnicą, że funkcjonuje w naszych mózgach”. Wyniki tych badań sugerują, że wśród około 200 neuronów każdy koduje inną cechę charakterystyczną twarzy. W połączeniu natomiast informacje dostarczane przez każdą komórkę umożliwiają mózgowi makaka zbudowanie wyraźnego obrazu czyjejś twarzy. Używając algorytmu naukowcy byli w stanie odtworzyć twarze, które małpy widziały na fotografiach. Kiedy pierwotny obraz zestawiono z rekonstrukcją, były one niemal identyczne. Do precyzyjnego odtworzenia twarzy wystarczyło zaledwie 106 komórek z jednej plamki i 99 z innej.

„Byliśmy kompletnie zaskoczeni, ponieważ zawsze wydawało się nam, że komórki twarzowe są bardziej złożone. Okazuje się jednak, że każda komórka twarzowa mierzy odległość tylko na jednej osi przestrzeni twarzowej, pozostając niewrażliwą na inne cechy” – jak cytuje prof. Tsao stacja BBC. Bliskie pokrewieństwo naczelnych wskazywałoby na funkcjonowanie podobnego mechanizmu w mózgu człowieka. Naczelny autor artykułu, Steve Le Chang, sugeruje, że być może inne przedmioty są kodowane w podobnych systemach prostych układów współrzędnych.

Źródło: Na podstawie doniesień medialnych

Powiązane informacje

Kraje

  • Stany Zjednoczone
Numer rekordu: 128449 / Ostatnia aktualizacja: 2017-06-09
Kategoria: Wyznaczanie trendów w nauce
Dostawca treści: ec
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę