Neurotieteilijät miettivät uudelleen, miten aivot tunnistavat kasvot

Ihmiset pystyvät poimimaan tuttuja kasvoja väkijoukosta ajattelematta sitä liikaa. Mutta se, miten aivot oikeastaan tekevät tämän, on jäänyt tutkijoiden hämärän peittoon jo vuosia. Nyt tutkimus osoittaa, että rhesusmakakki-apinat luottavat kasvojen tunnistamisessa satojen neuronien ryhmän koordinointiin, joka kiinnittää huomiota tiettyihin fyysisten piirteiden ryhmiin.

Tulokset, jotka julkaistiin 1. kesäkuuta Cell1-lehdessä, selventävät kysymystä, josta on esitetty useita teorioita mutta ei tyydyttäviä selityksiä.

”Todellinen karikatyyrinäkemys on ollut, että yksittäiset solut ovat omistautuneet reagoimaan yksittäisiin ihmisiin”, sanoo David Leopold, neurotieteilijä Yhdysvaltain kansallisesta mielenterveysinstituutista Bethesdassa, Marylandissa. Toiset teoriat kuitenkin ehdottivat, että hermosoluryhmät toimisivat yhdessä kasvojen tunnistamiseksi.

Uudemmat tulokset osoittavat, että kukin kasvojen tunnistamiseen liittyvä hermosolu, jota kutsutaan kasvosoluksi, kiinnittää huomionsa tiettyihin sijoittuneisiin kasvonpiirteiden yhdistelmiin. ”Olemme murtaneet koodin”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Doris Tsao, systeemi-neurotieteilijä Kalifornian teknologiainstituutissa (Caltech) Pasadenassa.

Hyppäys eteenpäin

Aluksi Tsao ja Le Chang, neurotieteilijä, joka työskentelee niin ikään Caltechissa, tutkivat kahden rhesusmakakki-apinan (Macaca mulatta) aivoja selvittääkseen eläinten kasvosolujen sijainnin. He näyttivät apinoille kuvia ihmisten kasvoista tai muista esineistä, kuten ruumiista, hedelmistä ja satunnaisista kuvioista. Sitten he käyttivät toiminnallista magneettikuvausta nähdäkseen, mitkä aivoalueet syttyivät, kun eläimet näkivät kasvot.

Ryhmä keskittyi näihin hotspotteihin nähdäkseen, mitä kasvosolut tekivät. Tsao ja Chang käyttivät apinoiden tarkasteltavaksi 2000 ihmisen kasvoja, joilla oli erilaisia ominaisuuksia, kuten silmien välinen etäisyys tai hiusrajan muoto. Tämän jälkeen neurotieteilijät istuttivat makakoiden aivoihin elektrodeja vertaillakseen yksittäisten neuronien vasteita kasvojen eroihin.

Tsao ja Chang tallensivat vasteet yhteensä 205 neuronilta kahden apinan välillä. Kukin neuroni reagoi tiettyyn joidenkin kasvoparametrien yhdistelmään.

”He ovat kehittäneet mallin, joka ulottuu tietokoneen näytöllä olevasta kuvasta neuronien reaktioihin kaukana näköaivokuoressa”, sanoo Greg Horwitz, Seattlessa sijaitsevan Washingtonin yliopiston visuaalisen neurofysiologian tutkija Greg Horwitz. ”Tämä on valtava edistysaskel”, hän sanoo, koska malli kartoittaa, miten kukin solu reagoi kaikkiin mahdollisiin kasvonpiirteiden yhdistelmiin eikä vain yhteen.

Suosikkien leikkiminen

Tsao ja Chang pohtivat, oliko kukin neuroni kasvosolun tunnistamassa ominaisuuksien erityisessä yhdistelmässä virittynyt paremmin tiettyihin piirteisiin kuin muihin. He testasivat tätä ajatusta yrittämällä luoda uudelleen ne kasvot, joita apinoille näytettiin, sen perusteella, miten kukin neuroni reagoi sen ominaisuuksien valuun. Näiden signaalien voimakkuuden perusteella neurotieteilijät pystyivät luomaan todelliset kasvot uudelleen lähes täydellisesti.

Kun apinat näkivät kasvoja, jotka vaihtelivat sellaisten piirteiden mukaan, joista neuroni ei välittänyt, yksittäisen kasvosolun vaste pysyi muuttumattomana.

Muilla sanoilla ”neuroni ei ole kasvojen tunnistin, vaan kasvojen analysoija”, Leopold sanoo. Aivot ”kykenevät ymmärtämään, että on olemassa keskeisiä ulottuvuuksia, joiden avulla voidaan sanoa, että tämä on henkilö A ja tämä on henkilö B.”

Ihmisten aivot käyttävät luultavasti tätä koodia tunnistaakseen tai kuvitellakseen tiettyjä kasvoja, sanoo Tsao. Tutkijat ovat kuitenkin vielä epävarmoja siitä, miten kaikki liittyy toisiinsa.

Yksi viesti on neurotieteilijöille selvä. ”Jos heidän taipumuksensa on ajatella: ’Tiedämme, miten kasvot tunnistetaan, koska on olemassa pieni määrä kasvosoluja, jotka laulavat äänekkäästi, kun oikeat kasvot nähdään’, mielestäni tuon käsityksen pitäisi vähitellen poistua, koska se ei ole oikein”, Leopold sanoo. ”Tämä tutkimus esittää realistisemman vaihtoehdon siitä, miten aivot todellisuudessa menevät ja analysoivat yksilöitä.”