Neuroscientists rethink how the brain recognizes faces

Solvin Zanki/naturepl.com

Małpy potrafią rozpoznawać twarze dzięki pakietowi neuronów, które identyfikują poszczególne cechy twarzy.

Ludzie potrafią wybrać znajomą twarz z tłumu, nie myśląc o tym zbyt wiele. Ale w jaki sposób mózg faktycznie to robi, przez lata umykało naukowcom. Teraz, badanie pokazuje, że małpy z gatunku makaków rhesus polegają na koordynacji grupy setek neuronów, które zwracają uwagę na pewne zestawy cech fizycznych, aby rozpoznać twarz.

Znaleziska, opublikowane 1 czerwca w Cell1, wyjaśniają kwestię, która była przedmiotem wielu teorii, ale nie ma satysfakcjonujących wyjaśnień.

„Prawdziwa kreskówka widok był, że poszczególne komórki są dedykowane do reagowania na poszczególnych ludzi,” mówi David Leopold, neurobiolog w US National Institute of Mental Health w Bethesda, Maryland. Ale inne teorie sugerowały, że grupy neuronów pracowały w porozumieniu, aby rozpoznać twarz.

Najnowsze wyniki pokazują, że każdy neuron związany z rozpoznawaniem twarzy, zwany komórką twarzy, zwraca uwagę na specyficzne uszeregowane kombinacje cech twarzy. „Złamaliśmy kod” – mówi współautorka badania Doris Tsao, neurobiolog systemowy z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech) w Pasadenie.

Skok naprzód

Na początek Tsao i Le Chang, neurobiolog również z Caltech, zbadali mózgi dwóch małp z gatunku makaków rhesus (Macaca mulatta), aby określić lokalizację komórek twarzy tych zwierząt. Pokazywali małpom obrazy ludzkich twarzy lub innych obiektów, w tym ciał, owoców i przypadkowych wzorów. Następnie użyli funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, aby zobaczyć, które regiony mózgu zapaliły się, gdy zwierzęta zobaczyły twarz.

Zespół skupił się na tych gorących punktach, aby zobaczyć, co robią komórki twarzy. Tsao i Chang wykorzystali zestaw 2000 ludzkich twarzy o różnych cechach, takich jak odległość między oczami lub kształt linii włosów, do oglądania przez małpy. Neurobiolodzy następnie wszczepili elektrody do mózgów makaków, aby porównać odpowiedzi poszczególnych neuronów na różnice twarzy.

Tsao i Chang nagrali odpowiedzi z łącznie 205 neuronów między dwoma małpami. Każdy neuron reagował na specyficzną kombinację niektórych parametrów twarzy.

„Oni opracowali model, który idzie od obrazu na ekranie komputera do odpowiedzi neuronów sposób heck dół w korze wzrokowej,” mówi Greg Horwitz, wizualny neurofizjolog na University of Washington w Seattle. „To ogromny krok naprzód”, mówi, ponieważ model odwzorowuje, w jaki sposób każda komórka reaguje na wszystkie możliwe kombinacje cech twarzy, zamiast tylko na jedną.

Granie ulubionych

Tsao i Chang zastanawiali się, czy w ramach specyficznej kombinacji cech, które rozpoznaje komórka twarzy, każdy neuron był lepiej dostrojony do poszczególnych cech niż do innych. Przetestowali ten pomysł, próbując odtworzyć twarze, które małpy zostały pokazane, na podstawie odpowiedzi każdego neuronu na jego rzut cech. Opierając się na sile tych sygnałów, neurobiolodzy mogli odtworzyć prawdziwe twarze niemal idealnie.

Gdy małpy widziały twarze, które różniły się w zależności od cech, które neuronu nie obchodziły, indywidualna odpowiedź komórki twarzy pozostała niezmieniona.

Innymi słowy, „neuron nie jest detektorem twarzy, jest analizatorem twarzy”, mówi Leopold. Mózg „jest w stanie zdać sobie sprawę, że istnieją kluczowe wymiary, które pozwalają powiedzieć, że to jest osoba A, a to jest osoba B.”

Mózgi ludzkie prawdopodobnie używają tego kodu do rozpoznawania lub wyobrażania sobie konkretnych twarzy, mówi Tsao. Ale naukowcy wciąż nie są pewni, jak wszystko jest ze sobą powiązane.

Jedna wiadomość jest jasna dla neuronaukowców. „Jeśli ich skłonnością jest myślenie: 'Wiemy, jak twarze są rozpoznawane, ponieważ istnieje niewielka liczba komórek twarzy, które śpiewają głośno, gdy widziana jest właściwa twarz’, myślę, że to pojęcie powinno stopniowo odchodzić, ponieważ nie jest słuszne”, mówi Leopold. „To badanie przedstawia bardziej realistyczną alternatywę dla tego, jak mózg faktycznie idzie i analizuje jednostki.”

.