Neuroscientists rethink how the brain recognizes faces

Mennesker kan vælge et kendt ansigt ud af en menneskemængde uden at tænke så meget over det. Men hvordan hjernen rent faktisk gør det, har forskerne undveget i årevis. Nu viser en undersøgelse, at rhesusmakak-aber er afhængige af koordineringen af en gruppe af hundredvis af neuroner, der er opmærksomme på bestemte sæt fysiske træk, for at genkende et ansigt.

Fundene, der blev offentliggjort den 1. juni i Cell1, afklarer et spørgsmål, som har været genstand for flere teorier, men ingen tilfredsstillende forklaringer.

“Den egentlige tegneserieopfattelse har været, at individuelle celler er dedikeret til at reagere på individuelle personer,” siger David Leopold, en neurovidenskabsmand ved US National Institute of Mental Health i Bethesda, Maryland. Men andre teorier foreslog, at grupper af neuroner arbejdede i fællesskab for at genkende et ansigt.

De seneste resultater viser, at hver neuron, der er forbundet med ansigtsgenkendelse, kaldet en ansigtscelle, er opmærksom på specifikke rangordnede kombinationer af ansigtstræk. “Vi har knækket koden”, siger medforfatter Doris Tsao, der er medforfatter til undersøgelsen og systemneurovidenskabsmand ved California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena.

Et spring fremad

Til at begynde med undersøgte Tsao og Le Chang, der også er neurovidenskabsmand ved Caltech, hjernen hos to rhesusmakak aber (Macaca mulatta) for at bestemme placeringen af dyrenes ansigtsceller. De viste aberne billeder af menneskeansigter eller andre objekter, herunder kroppe, frugter og tilfældige mønstre. Derefter brugte de funktionel magnetisk resonansbilleddannelse til at se, hvilke hjerneområder der lyste op, når dyrene så et ansigt.

Teamet fokuserede på disse hotspots for at se, hvad ansigtscellerne gjorde. Tsao og Chang brugte et sæt af 2.000 menneskelige ansigter med varierende karakteristika, såsom afstanden mellem øjnene eller hårgrænsens form, som aberne kunne se. Neurovidenskabsforskerne implanterede derefter elektroder i makakernes hjerner for at sammenligne de enkelte neuroners reaktioner på ansigtsforskellene.

Tsao og Chang registrerede reaktioner fra i alt 205 neuroner mellem de to aber. Hver neuron reagerede på en specifik kombination af nogle af ansigtsparametrene.

“De har udviklet en model, der går fra et billede på en computerskærm til reaktionerne fra neuroner langt nede i den visuelle cortex”, siger Greg Horwitz, der er visuel neurofysiolog ved University of Washington i Seattle. “Det er et stort skridt fremad,” siger han, fordi modellen kortlægger, hvordan hver enkelt celle reagerer på alle mulige kombinationer af ansigtstræk i stedet for kun på et enkelt.

Spiller favoritter

Tsao og Chang spekulerede på, om hver enkelt neuron inden for den specifikke kombination af karakteristika, som en ansigtscelle genkender, var bedre indstillet på bestemte træk end på andre. De testede denne idé ved at forsøge at genskabe de ansigter, som aberne fik vist, på grundlag af hvert neurons reaktion på dets cast af karakteristika. På baggrund af styrken af disse signaler kunne neurovidenskabsfolkene genskabe de rigtige ansigter næsten perfekt.

Når aberne så ansigter, der varierede i forhold til træk, som en neuron var ligeglad med, forblev den enkelte ansigtscelles respons uændret.

Med andre ord “er neuronen ikke en ansigtsdetektor, den er en ansigtsanalysator”, siger Leopold. Hjernen “er i stand til at indse, at der er vigtige dimensioner, der gør det muligt at sige, at dette er person A og dette er person B.”

Menneskelige hjerner bruger sandsynligvis denne kode til at genkende eller forestille sig specifikke ansigter, siger Tsao. Men forskerne er stadig usikre på, hvordan det hele hænger sammen.

Et budskab er klart for neurovidenskabsfolk. “Hvis deres tilbøjelighed er at tænke: “Vi ved, hvordan ansigter genkendes, fordi der er et lille antal ansigtsceller, der synger højt, når man ser det rigtige ansigt,” så synes jeg, at den forestilling gradvist bør forsvinde, for det er ikke rigtigt,” siger Leopold. “Denne undersøgelse præsenterer et mere realistisk alternativ til, hvordan hjernen faktisk går og analyserer individer.”