Вперше дослідники зуміли з’ясувати, як окремі нейрони створюють складні зображення осіб, які бачать очі. Це може допомогти поглибити наше розуміння того, як мозок зберігає спогади про окремих осіб.
Наш мозок еволюціонував розпізнавати та запам’ятовувати обличчя. Одна з перших речей, які ми дізнаємося з дитинства, що треба дивитися на обличчя тих, хто навколо нас, встановлювати зоровий контакт та реагувати на мімічні рухи. Як і у дорослих, це призводить до здатності розпізнавати обличчя людини краще і швидше, ніж решта візуальних стимулів. Ми можемо миттєво ідентифікувати особу одного серед десятків в переповненому ресторані або на вулиці міста. І ми відразу бачимо, чи є людина розгублена або сердита, щаслива або сумна – зробив тільки один погляд.
Легкість розпізнавання осіб маскують основну пізнавальну складність. Особи мають очі, носи і роти в тому ж відносному місці, але ми можемо точно ідентифікувати їх з різних точок зору, при тьмяному освітленні та навіть під час руху. Дослідження мозку виявило, що у людини еволюціонувало кілька крихітних областей розміром з чорницю в скроневій “області під храмом”. Неврологи звуть ці області «лицьові плями». Але ні дані мозкових сканерів, ні функціональна магнітно-резонансна томографія, ні клінічні дослідження пацієнтів з імплантованими електродами не пояснили, як саме клітини тих областей працюють.

Як мозок “бачить”

Загальновідомо, що наш зір залежить від того, як наші очі сприймають світло і колір, відправляючи ці стимули у вигляді сигналів в мозок, які потім обробляються і перетворюються у зображення. Але як саме мозок обробляє те, що очі потім збирають в складні зображення? Дослідження, проведене вченими з Каліфорнійського технологічного інституту, вперше дає повне і просте пояснення того, як відбувається цей процес. Вони почали з вивчення того, як мозок розпізнає людські обличчя.

«Ми зламали код мозку для лицьової ідентичності, – сказала автор книги Доріс Цао з Caltech New Scientist. Їх дослідження, опубліковане в журналі Cell, розглянуло функцію розпізнавання осіб в мізках макак (рід приматів з сімейства мартишкових).

Вони ідентифікували окремі клітини мозку, які працюють разом, щоб створити нескінченний діапазон лицьових зображень, кодуючи 50 різних параметрів, таких як його форма, розмір і відстань між очима, текстура шкіри і інші функції. Вставивши електроди в ті самі «лицьові плями» в мізках макак, Цао і колега Стівен Ле Чанг змогли записати активність 205 нейронів.

Моніторинг обертів мозку

Демонструючи 2000 зображень макакам, вони виявили, що незважаючи на те, що кожне обличчя було іншим, але в поєднанні було створено чітке складене зображення. Щоб побачити, що бачили ці мавпи, дослідники розробили алгоритм, який відстежував зворотний зв’язок від особи до мозку. Дослідники виявили, що швидкість спрацювання кожної лицьової клітини відповідає окремим рисам обличчя уздовж осі. Подібно циферблату, осередки точно налаштовуються на біти інформації, які потім вони можуть з’єднувати разом в різних комбінаціях, щоб створити зображення будь-якої особи. «Це було дивно, – каже Цао. «Значення кожного циферблата настільки передбачувані, що ми можемо відтворити обличчя, яке бачить мавпа, просто відстежуючи електричну активність його клітин».

Зліва реальна особа, справа реконструкція зображення на основі аналізу електричної активності нейронів у той час, коли мавпа розгядала особу

Де буде застосовано дослідження

Це відкриття може допомогти дослідити, як мозок зберігає спогади про особові зображеннях і асоціює їх з конкретними людьми. Попередні роботи вчених з Алленского інституту мозкові наук ідентифікували окремі клітини в гіпокампі – центру пам’яті мозку, відповідального за запам’ятовування облич людей – так звані «клітини Дженніфер Еністон».

«Робота Цао дає першу конкретну гіпотезу про те, як реакція клітин особи в корі може бути використана клітинами в гіпокампі, щоб сформувати спогади про людей, яких ми бачили раніше», – сказав Уелі Рутішаузер з Медичного центру Cedars-Sinai.

Дослідження також могло б дати уявлення про те, як мозок формує й інші образи: «У нашій роботі передбачається, що інші об’єкти можуть бути закодовані аналогічними системами метричних координат», – пишуть автори.

Ще одне потенційне застосування інформації про те, як мозок обробляє спогади про обличчя людей, буде полягати в розробці методів лікування захворювань, пов’язаних з пам’яттю, таких як хвороба Альцгеймера. Додатки можуть поширюватися не тільки на людей: така робота також може допомогти поліпшити здатності розпізнавання образів штучних нейронних мереж.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Підписуйтесь на наш канал у Telegram

Додайте відповідь

Please enter your comment!
Please enter your name here