Doskonale wiemy, kto jest znajomym, członkiem rodziny, kolegą, partnerem. Nasz umysł bez najmniejszego wysiłku potrafi wyłowić znajomą twarz z tłumu ludzi. Naukowcy z kalifornijskiego Caltechu odnaleźli wzór, jakim ludzki mózg posługuje się w celu identyfikacji.

Rezultaty prac badawczych prowadzonych pod kierunkiem prof. Doris Y. Tsao, specjalizującej się w biologii behawioralnej, szefowej jednego z laboratoriów w Caltech zostały opublikowane w najnowszym wydaniu renomowanego w świecie biologów tytułu „Cell”.

Kluczowy wniosek jest taki, że mimo olbrzymiego zróżnicowania ludzkich twarzy, nasz umysł posługuje się zaledwie 200 neuronami, by w prawidłowy sposób zakodować w pamięci unikalne  cechy, ułatwiające jej rozpoznanie w przyszłości. To imponujące odkrycie, że za tak złożony proces, jakim jest rozpoznawanie twarzy, odpowiada tak niewiele komórek.

Analiza różnych twarzy za pomocą pomiaru reakcji neuronów pozwoliła rozpracować sposób kodowania informacji w mózgu (fot. Caltech/Cell)

Niewielka liczba neuronów wystarcza nam do identyfikacji twarzy, ponieważ mózg w umiejętny sposób wybiera cechy różnicujące poszczególne twarze, a także zmiany ich stanu (uśmiech, makijaż, ogolenie się itp.). Każda grupa neuronów odpowiedzialnych za ten proces koduje niejako niezależnie kształt twarzy, rozmiar, kąt i inne specyficzne cechy, umieszczając je na – jak to określili naukowcy – globalnej, wielowymiarowej przestrzeni twarzy. Neurony jednak „nie pamiętają” cech, lecz jedynie jednowymiarowe odwzorowania wektorowe. Stanowi to całkowite zaprzeczenie tego, co sądzono dotychczas – że mózg przechowuje skomplikowane odwzorowanie całej twarzy.
Neurony potrafią również reagować na zmiany stanu twarzy, np. niektóre grupy neuronów odpowiedzialnych za rozpoznawanie twarzy reagują wówczas, gdy widzimy oczy, inne reagują tylko na twarze z włosami.

Praca zespołu profesor Tsao to rezultat blisko dwóch dekad badań nad „złamaniem” kodowania obrazu twarzy przez ludzki umysł. W jaki sposób naukowcy dowiedli, że faktycznie udało się poznać sposób kodowania obrazu twarzy w naszych mózgach? Są na to dwa istotne dowody. Po pierwsze: gdy było już wiadomo, w jakiej osi każda komórka jest zakodowana, naukowcy opracowali algorytm, który na podstawie odpowiedzi nerwów był w stanie dekodować twarze. Innymi słowy, dzięki opracowaniu tego algorytmu możemy teraz badanemu pokazać twarz i mierząc aktywność określonych komórek mózgu, jesteśmy w stanie z dużą dokładnością odtworzyć twarz widzianą przez badanego.

Jaki jest drugi dowód? Naukowcy dostrzegli, że jeżeli każda komórka odpowiada za kodowanie tylko jednej osi w przestrzeni twarzy, to neuron powinien odpowiadać dokładnie w taki sam sposób na niezliczoną liczbę twarzy, które wyglądają zupełnie inaczej, ale wszystkie mają taką samą projekcję konkretnej cechy kodowanej w wybranym neuronie. Udało się wykazać, że tak właśnie jest. Uzyskanie wyniku zgodnego z przewidywaniami oznacza po prostu, że wiemy dokładnie w jaki sposób mózg koduje i rozpoznaje twarze.

Wyniki badań mogą być wykorzystane do opracowania nowych, znacznie efektywniejszych algorytmów rozpoznawania twarzy, a także innych zadań uczenia maszynowego, bazujących na sposobie realizowania zadań przez nasz mózg.

 

Źródło: chip, http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30538-X

Polecane:

Tucapel, Chile - Przez noc powstało pęknięcie ziemi o długości 200 metrów
NASA - Rok 2011 znalazł się w dziesiątce najcieplejszych od ponad 120 lat, tylko 0,12 st. mniej od r...
USA - Rośliny nie zdołały przetworzyć nawozów azotowych z powodu zahamowania wzrostu, mogą być toksy...
Polska - Pomiary grawitacji i pola magnetycznego
USA - Nowy Jork legalizuje marihuanę do celów leczniczych, jest 21. stanem zezwalającym na ograniczo...
Badania japońskich naukowców pokazują, że elektroniczne papierosy posiadają aż 10 razy wyższy poziom...
Mars - NASA testuje lądownik, który będzie wysłany na Czerwoną Planetę
Nanjing, Chiny - Z hodowli uciekło 200 jadowitych węży z gatunku kobry nepalskiej
Australia - Temperatury przekroczyły 40 st.C. w cieniu, fabryki wstrzymują produkcję