Neurovědci přehodnotili, jak mozek rozpoznává obličeje

Lidé dokáží vybrat známou tvář z davu, aniž by o tom příliš přemýšleli. Ale to, jak to mozek vlastně dělá, vědcům dlouhá léta unikalo. Nyní studie ukazuje, že opice makak rhesus se při rozpoznávání obličeje spoléhají na koordinaci skupiny stovek neuronů, které věnují pozornost určitým souborům fyzických znaků.

Zjištění publikovaná 1. června v časopise Cell1 objasňují problém, který byl předmětem mnoha teorií, ale bez uspokojivého vysvětlení.

„Skutečný kreslený názor byl, že jednotlivé buňky jsou určeny k tomu, aby reagovaly na jednotlivé lidi,“ říká David Leopold, neurovědec z amerického Národního ústavu duševního zdraví v Bethesdě ve státě Maryland. Jiné teorie však předpokládaly, že skupiny neuronů pracují při rozpoznávání obličeje ve vzájemné souhře.

Nejnovější výsledky ukazují, že každý neuron spojený s rozpoznáváním obličeje, nazývaný buňka obličeje, věnuje pozornost specifickým řazeným kombinacím rysů obličeje. „Rozluštili jsme kód,“ říká spoluautorka studie Doris Tsao, systémová neuroložka z Kalifornského technologického institutu (Caltech) v Pasadeně.

Skok vpřed

Na začátek Tsao a Le Chang, neuroložka rovněž z Caltechu, studovali mozky dvou opic makaků rhesus (Macaca mulatta), aby určili umístění obličejových buněk těchto zvířat. Opicím ukazovali obrazy lidských tváří nebo jiných objektů, včetně těl, ovoce a náhodných obrazců. Poté použili funkční magnetickou rezonanci, aby zjistili, které oblasti mozku se rozsvítí, když zvířata uvidí obličej.

Tým se zaměřil na tato horká místa, aby zjistil, co dělají obličejové buňky. Tsao a Chang použili sadu 2 000 lidských tváří s různými charakteristikami, jako je vzdálenost mezi očima nebo tvar vlasové linie, které si opice prohlížely. Neurologové poté implantovali makakům do mozku elektrody, aby mohli porovnat reakce jednotlivých neuronů na rozdíly v obličeji.

Tsao a Chang zaznamenali reakce celkem 205 neuronů mezi oběma opicemi. Každý neuron reagoval na specifickou kombinaci některých obličejových parametrů.

„Vyvinuli model, který přechází od obrázku na obrazovce počítače k reakcím neuronů až hluboko ve zrakové kůře,“ říká Greg Horwitz, zrakový neurofyziolog z Washingtonské univerzity v Seattlu. „Je to obrovský krok kupředu,“ říká, protože model mapuje, jak každá buňka reaguje na všechny možné kombinace rysů obličeje, a ne jen na jeden.“

Hra na favority

Tsao a Chang se zajímali o to, zda v rámci specifické kombinace charakteristik, které buňka obličeje rozpoznává, je každý neuron lépe naladěn na určité rysy než na jiné. Tuto myšlenku testovali tak, že se snažili rekonstruovat obličeje, které opicím ukazovali, na základě reakce každého neuronu na jeho obsazení charakteristik. Na základě síly těchto signálů dokázali neurovědci téměř dokonale rekonstruovat skutečné tváře.

Když opice viděly tváře, které se lišily podle znaků, o které se neuron nezajímal, reakce jednotlivých obličejových buněk zůstala nezměněna.

Jinými slovy, „neuron není detektorem tváří, ale jejich analyzátorem,“ říká Leopold. Mozek „si dokáže uvědomit, že existují klíčové dimenze, které umožňují říci, že toto je osoba A a toto je osoba B.“

Lidský mozek pravděpodobně používá tento kód k rozpoznávání nebo představování si konkrétních tváří, říká Tsao. Vědci si však stále nejsou jisti, jak je vše propojeno.

Jedna zpráva je pro neurovědce jasná. „Pokud mají sklon myslet si: ‚Víme, jak se rozpoznávají obličeje, protože existuje malý počet obličejových buněk, které hlasitě zpívají, když se objeví ten správný obličej‘, myslím, že tato představa by měla postupně zmizet, protože není správná,“ říká Leopold. „Tato studie představuje realističtější alternativu toho, jak mozek ve skutečnosti postupuje a analyzuje jedince.“