Hver gang du blar gjennom Facebook, blir du utsatt for dusinvis av ansikter - noen kjente, andre ikke. Likevel, med knapt blikk, vurderer hjernen din funksjonene på ansiktene og passer dem til den tilsvarende personen, ofte før du til og med har tid til å lese hvem som er merket eller hvem som har lagt ut albumet. Forskning viser at mange kjenner igjen ansikter selv om de glemmer andre viktige detaljer om en person, som navnet eller jobben deres.
Relatert innhold
- Hvordan plukker du et lemur ut av en oppstilling? Denne programvaren skaper sprang
- Denne appen bruker programvare for ansiktsgjenkjenning for å identifisere genetiske forhold
- Denne tropiske fisken kan læres for å gjenkjenne menneskers ansikter
Det er fornuftig: Som svært sosiale dyr, trenger mennesker å være i stand til raskt og enkelt å identifisere hverandre ved synet. Men hvordan fungerer denne bemerkelsesverdige prosessen nøyaktig i hjernen?
Det var spørsmålet som irriterte Le Chang, en nevrovitenskapsmann ved California Institute of Technology, i 2014. I tidligere forskning hadde laboratoriesjefen hans allerede identifisert nevroner i hjernen til primater som behandlet og anerkjente ansikter. Disse seks områdene i hjernens temporale lobe, kalt "ansiktsplaster", inneholder spesifikke nevroner som ser ut til å være mye mer aktive når en person eller ape ser på et ansikt enn andre gjenstander.
"Men jeg skjønte at det manglet et stort spørsmål, " sier Chang. Det er: hvordan lappene gjenkjenner ansikter. "Folk visste fremdeles ikke den eksakte koden for ansikter for disse nevronene."
På jakt etter metoden hjernen bruker for å analysere og gjenkjenne ansikter, bestemte Chang seg for å bryte ansiktet ned matematisk. Han skapte nesten 2000 kunstige menneskelige ansikter og brøt sammen komponentdeler etter kategorier som omfatter 50 egenskaper som gjør ansiktene forskjellige, fra hudfarge til mengde plass mellom øynene. De implanterte han elektroder i to rhesus-aper for å registrere hvordan nevronene i hjernens ansiktslapper fyrte av når de fikk vist de kunstige ansiktene.
Ved å vise apene tusenvis av ansikter, var Chang i stand til å kartlegge hvilke nevroner som avfyrte i forhold til hvilke funksjoner som var på hvert ansikt, melder han i en studie publisert denne måneden i tidsskriftet Cell .
Det viste seg at hver nevron i ansiktslappene svarte i visse proporsjoner på bare en funksjon eller "dimensjon" av det som gjør ansikter forskjellige. Dette betyr at ansiktene dine er en sum av separate deler, i motsetning til en enkelt struktur, når det gjelder nervene dine. Chang bemerker at han var i stand til å lage ansikter som virket ekstremt forskjellige, men produserte de samme mønstrene av nevrale avfyring fordi de delte viktige funksjoner.
Denne metoden for ansiktsgjenkjenning står i kontrast til hva noen nevrovitenskapsmenn tidligere tenkte om hvordan mennesker gjenkjenner ansikter. Tidligere var det to motsatte teorier: “eksemplekoding” og “normkoding.” For eksemplekodeteorien foreslo nevrovitenskapsmenn at hjernen anerkjente ansikter ved å sammenligne ansiktstrekk med ekstreme eller distinkte eksempler på dem, mens normkodeteorien foreslo at hjernen analyserte hvordan ansiktsfunksjoner skilte seg fra et "gjennomsnittlig ansikt."
Å forstå dette mønsteret av nevrale avskytning tillot Chang å lage en algoritme som han faktisk kunne reversere mønstrene til bare 205 nevroniske skyting mens apen så på et ansikt for å skape det ansiktet apen så uten å vite hva ansiktet apen så . Som en politiskissekunstner som jobber med en person for å kombinere ansiktsfunksjoner, var han i stand til å ta funksjonene som ble antydet av aktiviteten til hver enkelt nevron og kombinere dem til et komplett ansikt. I nesten 70 prosent av tilfellene stemte mennesker som ble trukket fra crowddsourcing-nettstedet Amazon Turk, sammen med det opprinnelige ansiktet og det gjenskapte ansiktet som det samme.
"Folk sier alltid at et bilde er verdt tusen ord, " sa medforfatter nevrovitenskapsmann Doris Tsao i en pressemelding. "Men jeg liker å si at et bilde av et ansikt er verdt rundt 200 nevroner."
De kunstige ansiktene som ble vist til apene og rekonstruksjonene som forskerne gjorde bare ved å bruke nevral aktivitet fra hjernen. (Doris Tsao) Bevil Conway, nevrovitenskapsmann ved National Eye Institute, sa at den nye studien imponerte ham.
"Det gir en prinsipiell redegjørelse for hvordan ansiktsgjenkjenning oppstår ved bruk av data fra virkelige nevroner, " sier Conway, som ikke var involvert i studien. Han la til at slikt arbeid kan hjelpe oss med å utvikle bedre teknologier for ansiktsgjenkjenning, som i dag er notorisk feil. Noen ganger er resultatet lattermildt, men andre ganger har algoritmene som disse programmene er avhengige av, funnet å ha alvorlige rasevilkår.
I fremtiden ser Chang sitt arbeid som potensielt brukes i politiets etterforskning for å profilere potensielle kriminelle fra vitner som så dem. Ed Connor, en nevrovitenskapsmann ved Johns Hopkins University, ser for seg programvare som kan utvikles for å justere funksjoner basert på disse 50 egenskapene. Et slikt program, sier han, kunne gi vitner og politi mulighet til å finjustere ansikter basert på egenskapene mennesker bruker for å skille dem, som et system med 50 ringer som vitner kan gjøre om til morfiske ansikter til den gang de husker mest.
"I stedet for at folk beskriver hvordan andre ser ut, " spekulerer Chang, "kan vi faktisk avkode tankene deres."
"Forfatterne fortjener kudos for å ha hjulpet å drive dette viktige området fremover, " sier Jim DiCarlo, en biomedisinsk ingeniør ved MIT som forsker på objektgjenkjenning i primater. DiCarlo, som ikke var involvert i studien, mener imidlertid at forskerne ikke tilstrekkelig kan bevise at bare 200 nevroner er nødvendig for å diskriminere ansikter. I forskningen sin, konstaterer han, har han funnet at det tar omtrent 50 000 nevroner å skille objekter på en mer realistisk måte, men likevel mindre realistiske enn ansikter i den virkelige verden.
Basert på dette arbeidet, anslår DiCarlo at det å anerkjenne ansikter vil kreve et sted mellom 2000 og 20 000 nevroner til og med for å skille dem i en grov kvalitet. "Hvis forfatterne mener at ansikter er kodet av nesten tre størrelsesordrer mindre nevroner, ville det være oppsiktsvekkende, " sier han.
"Totalt sett er dette arbeidet et fint tillegg til den eksisterende litteraturen med noen gode analyser, " avslutter DiCarlo, "men vårt felt er fremdeles ikke med en komplett, modellbasert forståelse av nevralkoden for ansikter."
Connor, som heller ikke var involvert i den nye forskningen, håper denne studien vil inspirere til ny forskning blant nevrovitenskapsmenn. For ofte, sier han, har denne vitenskapsgrenen avskjediget hjernens mer komplekse virkning som lignet de "svarte boksene" i dype nevrale nettverk: så rotete at det er umulig å forstå hvordan de fungerer.
"Det er vanskelig å forestille seg at noen noensinne gjør en bedre jobb med å forstå hvordan ansiktsidentitet er kodet i hjernen, " sier Connor fra den nye studien. "Det vil oppmuntre folk til å se etter noen ganger spesifikke og komplekse nevrale koder." Han har allerede diskutert med Tsao muligheten for å undersøke hvordan hjernen tolker ansiktsuttrykk.
"Nevrovitenskap blir aldri mer interessant enn når den viser oss hva som er de fysiske hendelsene i hjernen som gir opphav til spesifikke opplevelser, " sier Connor. "For meg er dette den hellige gral."
