Ansigt i halvtreds dimensioner

Ansigt i halvtreds dimensioner

Natalia Reznik
"Trinity Option" nr. 14 (233), 18. juli 2017

Natalia Reznik

Neuroscientists har længe kæmpet med problemet med hvordan hjernen identificerer komplekse objekter. Denne proces, som de tror, ​​forekommer i den lavere temporal cortex, men dens mekanisme forblev ukendt. Resultaterne fra California Institute of Technology under ledelse af professor i biologi og bioengineering Doris Tsao bidrog lidt klarhed. Som det viste sig, identificerer hjernen personer med ca. 200 celler ved hjælp af 50 parametre. Ifølge forskere er denne mekanisme meget enkel og effektiv [1].

Enkeltpersoner er et passende objekt til forskning, da de repræsenterer en ret homogen klasse af incitamenter, der kan beskrives med et forholdsvis lille antal parametre. Ikke desto mindre tog arbejdet næsten 15 år. Først viste Doris Cao og hendes personale aber billeder af ansigter og andre objekter. Når aber undersøgte ansigter, aktiverede de visse områder af hjernen. Forskere har kaldt disse områder ansigtsfletter (ansigt patches), og deres neuroner – ansigtsceller. Ansigtspletterne er opdelt i forreste (forreste mediale, AM) og midterste (midterste / midterste fundus, ML / MF).

Fig. 1. Punkter på billedet er markører, der gør det muligt at beskrive ansigts geometri. Foto fra webstedet www.caltech.edu ("TrV" nr. 14 (233), 07/18/2017) "border = 0>Fig. 1. Punkter på billedet er markører, der gør det muligt at beskrive ansigts geometri. Billeder fra www.caltech.edu

Så fandt forskerne ud af, hvordan anerkendelse af personer i disse celler. De brugte 200 billeder, hvor hver 58 markpunkter blev trukket med hånden (figur 1). Placeringen af ​​disse punkter gør det muligt at bedømme ansigtsformen og geometrien af ​​dens indre funktioner, fx afstanden mellem øjnene, hårlinjens form eller ansigtets bredde. Derefter blev placeringen af ​​punkterne gennemsnitlig, og på grundlag af disse data blev 200 markører af ansigtsform bestemt. Derudover har forskere identificeret 200 markører, der beskriver funktioner, der ikke er relateret til formen: hudens, øjnets eller hårets farve. Lad os kalde dem tegn på udseende. Efter behandling af disse data ved anvendelse af hovedkomponentmetoden opnåede forskerne 25 hovedkomponenter, der påvirker ansigtsformen og 25 komponenter, der beskriver udseendet – i alt 50 ikke-tilfældige parametre, der tillader enhver person at blive karakteriseret. De fleste parametre tager højde for transformationen af ​​flere ansigtsmarkører. For eksempel indbefatter den første hovedkomponent i formularen at ændre hårlinjen, ansigtsbredden og øjenhøjden.

Så begyndte forskerne at ændre disse 50 parametre og generere nye billeder, der viste aber. Det viste sig, at hver af ansigtscellerne kun svarer til ændringer i visse parametre. Derudover fastsætter ML / MF-neuroner forandringen i formindikatorerne, og AM-neuronerne retter udseendeindikatorerne. Disse områder komplementerer således hinanden.

Desuden er responsen af ​​neuroner proportional med stimulusens størrelse, dvs. dens afvigelse fra gennemsnitsværdien. Simpelthen tale, jo større afstanden mellem øjnene er, desto stærkere er neurons respons.

Et ansigt kan således repræsenteres som et punkt i et halvtredimensionelt rum. Følgelig har den 50 koordinater. I gennemsnit estimerer en neuron koordinaterne for dette punkt på ca. seks akser (fra en til sytten), idet man ignorerer resten. Derefter samler neuroner alle dataene i et projektion og får et ansigt.

Et sådant system giver dig mulighed for at skelne mellem et meget stort antal personer, der er parametreret med 50 indikatorer. Der er nogle beviser for denne hypotese. Så forskerne fandt ud af, hvilke parametre hver ansigtscelle reagerer på, så de ved at analysere billederne kunne forudsige, hvilke neuroner der er aktiveret og hvor stærke.Forskere besluttede at vende om problemet ved at udvikle en algoritme, der giver dig mulighed for at "afkode" billedet af det neurale respons. Apene viste et fotografi af et ansigt, som hun ikke havde set før, måler ansigtscellernes elektriske aktivitet og genoprettede det billede, der ses af makaken. Rekonstruktioner var meget nøjagtige (figur 2).

Fig. 2. Ansigtsidentifikation (Chang, Tsao, 2017). Visse områder af cortex er spændte, når de ser et ansigt ("TrV" nr. 14 (233), 07/18/2017) ') "> Fig. 2. Ansigtsidentifikation (Chang, Tsao, 2017). Visse områder af skorpe er ophidset ved synet af et ansigt ("TrV" nr. 14 (233), 07/18/2017) "border = 0> Fig. 2. Ansigtsidentifikation (Chang, Tsao, 2017). Visse områder af cortex er ophidset ved ansigtets syn.

Hvis en bestemt neuron virkelig kun reparerer værdien af ​​kun en af ​​de 50 parametre, skal den desuden reagere på forskellige ansigter, for hvilken denne parameter er den samme på samme måde. Dette er hvad der sker.

Ved hjælp af det multidimensionale koordinatsystem genkender ansigtsceller ansigter, uanset synsvinkel, både i fuldt ansigt og i profil. Identifikation afhænger heller ikke af belysning (nogle billeder afviger i belysningen af ​​det samme område, det lignede et billede med et lyst sted på panden eller på hagen).

Doris Cao og hendes kolleger mener, at hjernen genkender andre billeder på samme måde, som dog er mere variable end ansigter, henholdsvis har de færre fælles træk, det vil være svært at bevise denne antagelse. Forskerne giver dog ikke op, de har allerede fundet ud af, at ansigtsceller er involveret i anerkendelsen af ​​nogle genstande, der ligner ansigter, såsom æbler og også ansigtlignende abstrakte billeder, såsom paphus med en dør og to vinduer [2]. De neuroner, der opfatter disse objekter, befinder sig i andre dele af den underordnede temporal cortex, men ansigtscellerne reagerer også på dem.

Det er muligt, at det snart bliver muligt ved at måle neurons elektriske aktivitet at rekonstruere et billede, der ses.


1. Chang L. Tsao D. Y. Koden for Facial Identity i Primate Brain // Cell, 2017, 169, 1013-1028, DOI: 10,1016 / j.cell.2017.011.
2. Moeller S., Crapse T., Chang L., Tsao D. Y. Natur Neurovidenskab, 2017, 20 (5), 743-752, DOI: 10,1038 / nn.4527.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: