Neurotudósok újragondolják, hogyan ismeri fel az agy az arcokat

Az emberek képesek egy ismerős arcot kiválasztani a tömegből anélkül, hogy túl sokat gondolkodnának rajta. De hogy az agy ezt valójában hogyan teszi, azt a kutatók évek óta nem tudják. Most egy tanulmány kimutatta, hogy a rhesus makákó majmok egy több száz neuronból álló csoport koordinációjára támaszkodnak az arcfelismerés során, amely a fizikai jellemzők bizonyos csoportjaira figyel.

A június 1-jén a Cell1 folyóiratban közzétett eredmények tisztáznak egy olyan kérdést, amelyre eddig számos elmélet született, de kielégítő magyarázat nem.

“Az igazi karikatúraszerű nézet eddig az volt, hogy az egyes sejtek az egyes emberekre való reagálásra vannak kijelölve” – mondja David Leopold, az amerikai Nemzeti Mentális Egészségügyi Intézet idegkutatója a marylandi Bethesdában. Más elméletek azonban azt sugallták, hogy neuroncsoportok együttműködve dolgoznak az arcfelismerésen.

A legújabb eredmények azt mutatják, hogy az arcfelismeréshez kapcsolódó egyes neuronok, az úgynevezett arcsejtek az arcvonások meghatározott, rangsorolt kombinációira figyelnek. “Feltörtük a kódot” – mondja a tanulmány társszerzője, Doris Tsao, a pasadenai California Institute of Technology (Caltech) rendszeridegtudósa.

Egy ugrás előre

Kezdésként Tsao és Le Chang, a szintén a Caltech idegkutatója két rhesus makákó majom (Macaca mulatta) agyát tanulmányozta, hogy meghatározza az állatok arcsejtjeinek elhelyezkedését. A majmoknak emberi arcokat vagy más tárgyakat, köztük testeket, gyümölcsöket és véletlenszerű mintákat ábrázoló képeket mutattak. Ezután funkcionális mágneses rezonanciás képalkotást használtak, hogy megnézzék, mely agyi régiók világítanak, amikor az állatok arcot látnak.

A csapat ezekre a forró pontokra összpontosított, hogy megnézze, mit csinálnak az arcsejtek. Tsao és Chang 2000 emberi arcot használtak a majmok számára, amelyek különböző jellemzőkkel rendelkeztek, például a szemek közötti távolsággal vagy a hajvonal alakjával. Az idegtudósok ezután elektródákat ültettek be a makákók agyába, hogy összehasonlítsák az egyes neuronok válaszait az arcképek közötti különbségekre.

Tsao és Chang összesen 205 neuron válaszait rögzítette a két majom között. Minden egyes neuron az arc egyes paramétereinek meghatározott kombinációjára reagált.

“Olyan modellt dolgoztak ki, amely a számítógép képernyőjén megjelenő képtől egészen a látókéregben lévő neuronok válaszaiig terjed” – mondja Greg Horwitz, a seattle-i Washingtoni Egyetem vizuális neurofiziológusa. “Ez hatalmas előrelépést jelent” – mondja, mert a modell feltérképezi, hogy az egyes sejtek hogyan reagálnak az arcvonások összes lehetséges kombinációjára, ahelyett, hogy csak egyre reagálnának.

Kedvencek játszanak

Tsao és Chang arra volt kíváncsi, hogy a jellemzők egy adott kombinációján belül, amelyet egy arcsejt felismer, az egyes neuronok bizonyos tulajdonságokra jobban vannak-e hangolva, mint másokra. Ezt az elképzelést úgy tesztelték, hogy megpróbálták újraalkotni azokat az arcokat, amelyeket a majmoknak mutattak, az egyes neuronoknak az adott tulajdonságokra adott válaszai alapján. E jelek erőssége alapján az idegtudósok szinte tökéletesen újra tudták alkotni a valódi arcokat.

Amikor a majmok olyan arcokat láttak, amelyek olyan jellemzők szerint változtak, amelyekkel egy neuron nem törődött, az egyes arcsejtek válasza változatlan maradt.

Más szóval “a neuron nem arcdetektor, hanem arcelemző” – mondja Leopold. Az agy “képes felismerni, hogy vannak olyan kulcsfontosságú dimenziók, amelyek lehetővé teszik, hogy azt mondjuk, ez itt A személy, ez pedig B személy.”

Az emberi agyak valószínűleg ezt a kódot használják arra, hogy felismerjenek vagy elképzeljenek bizonyos arcokat, mondja Tsao. De a tudósok még mindig nem tudják, hogyan kapcsolódik össze minden.”

Egy üzenet egyértelmű az idegtudósok számára. “Ha az a hajlamuk, hogy azt gondolják: “Tudjuk, hogyan ismerjük fel az arcokat, mert van egy kis számú arcsejt, amely hangosan énekel, amikor a megfelelő arcot látják”, akkor szerintem ennek az elképzelésnek fokozatosan el kellene tűnnie, mert nem helyes” – mondja Leopold. “Ez a tanulmány egy reálisabb alternatívát mutat be arra vonatkozóan, hogy az agy valójában hogyan megy és elemzi az egyéneket.”