Neuroscienziati ripensano a come il cervello riconosce i volti

Le persone possono scegliere un volto familiare da una folla senza pensarci troppo. Ma come il cervello faccia effettivamente questo ha eluso i ricercatori per anni. Ora, uno studio dimostra che le scimmie macaco rhesus si affidano al coordinamento di un gruppo di centinaia di neuroni che prestano attenzione a certi insiemi di caratteristiche fisiche per riconoscere un volto.

I risultati, pubblicati il 1 giugno in Cell1, chiariscono una questione che è stata oggetto di molteplici teorie ma nessuna spiegazione soddisfacente.

“La vera visione da cartone animato è stata che le singole cellule sono dedicate a rispondere alle singole persone”, dice David Leopold, un neuroscienziato del National Institute of Mental Health statunitense a Bethesda, nel Maryland. Ma altre teorie suggerivano che gruppi di neuroni lavorassero di concerto per riconoscere un volto.

Gli ultimi risultati mostrano che ogni neurone associato al riconoscimento facciale, chiamato cellula facciale, presta attenzione a specifiche combinazioni classificate di caratteristiche facciali. “Abbiamo decifrato il codice”, dice il co-autore dello studio Doris Tsao, un neuroscienziato dei sistemi al California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena.

Un salto in avanti

Per iniziare, Tsao e Le Chang, un neuroscienziato sempre al Caltech, hanno studiato il cervello di due scimmie macaco rhesus (Macaca mulatta) per determinare la posizione delle cellule facciali degli animali. Hanno mostrato alle scimmie immagini di volti umani o altri oggetti, tra cui corpi, frutta e modelli casuali. Hanno poi usato la risonanza magnetica funzionale per vedere quali regioni del cervello si accendevano quando gli animali vedevano un volto.

Il team si è concentrato su questi punti caldi per vedere cosa facevano le cellule facciali. Tsao e Chang hanno usato una serie di 2.000 volti umani con caratteristiche diverse, come la distanza tra gli occhi o la forma dell’attaccatura dei capelli, da far vedere alle scimmie. I neuroscienziati hanno poi impiantato degli elettrodi nel cervello dei macachi per confrontare le risposte dei singoli neuroni alle differenze facciali.

Tsao e Chang hanno registrato le risposte di un totale di 205 neuroni tra le due scimmie. Ogni neurone ha risposto a una specifica combinazione di alcuni parametri facciali.

“Hanno sviluppato un modello che va da un’immagine sullo schermo di un computer alle risposte dei neuroni molto in basso nella corteccia visiva”, dice Greg Horwitz, un neurofisiologo visivo dell’Università di Washington a Seattle. “Questo è un enorme passo avanti”, dice, perché il modello mappa come ogni cellula risponde a tutte le possibili combinazioni di caratteristiche facciali, invece di una sola.

Giocando i preferiti

Tsao e Chang si sono chiesti se, all’interno della specifica combinazione di caratteristiche che una cellula del viso riconosce, ogni neurone era meglio sintonizzato su particolari caratteristiche che su altre. Hanno testato questa idea cercando di ricreare i volti che venivano mostrati alle scimmie, sulla base della risposta di ogni neurone al suo cast di caratteristiche. Basandosi sulla forza di quei segnali, i neuroscienziati hanno potuto ricreare i volti reali quasi perfettamente.

Quando le scimmie vedevano volti che variavano in base a caratteristiche che a un neurone non interessavano, la risposta della singola cellula del volto rimaneva invariata.

In altre parole, “il neurone non è un rilevatore di volti, è un analizzatore di volti”, dice Leopold. Il cervello “è in grado di capire che ci sono dimensioni chiave che permettono di dire che questa è la persona A e questa è la persona B.”

Il cervello umano probabilmente usa questo codice per riconoscere o immaginare volti specifici, dice Tsao. Ma gli scienziati non sono ancora sicuri di come tutto sia collegato insieme.

Un messaggio è chiaro per i neuroscienziati. “Se la loro inclinazione è quella di pensare: ‘Sappiamo come vengono riconosciute le facce perché c’è un piccolo numero di cellule facciali che cantano forte quando viene vista la faccia giusta’, penso che questa nozione dovrebbe gradualmente sparire, perché non è giusta”, dice Leopold. “Questo studio presenta un’alternativa più realistica a come il cervello va effettivamente ad analizzare gli individui.”

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