Neurovetare tänker om hur hjärnan känner igen ansikten

Människor kan plocka fram ett välbekant ansikte i en folkmassa utan att tänka så mycket på det. Men hur hjärnan faktiskt gör detta har forskare undvikit i åratal. Nu visar en studie att rhesusmakaker förlitar sig på samordningen av en grupp av hundratals neuroner som uppmärksammar vissa uppsättningar fysiska egenskaper för att känna igen ett ansikte.

Fyndet, som publicerades den 1 juni i Cell1, klargör en fråga som har varit föremål för flera teorier men inga tillfredsställande förklaringar.

”Den riktiga tecknade synen har varit att enskilda celler är dedikerade för att reagera på enskilda människor”, säger David Leopold, neurovetare vid USA:s National Institute of Mental Health i Bethesda, Maryland. Men andra teorier föreslog att grupper av neuroner arbetade tillsammans för att känna igen ett ansikte.

De senaste resultaten visar att varje neuron som förknippas med ansiktsigenkänning, en så kallad ansiktscell, uppmärksammar specifika rangordnade kombinationer av ansiktsdrag. ”Vi har knäckt koden”, säger Doris Tsao, medförfattare till studien och systemneurovetare vid California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena.

Ett språng framåt

Till att börja med studerade Tsao och Le Chang, neurovetare som också är verksam vid Caltech, hjärnorna hos två rhesusmakaker (Macaca mulatta) för att fastställa var djurens ansiktsceller finns. De visade aporna bilder av mänskliga ansikten eller andra föremål, inklusive kroppar, frukt och slumpmässiga mönster. De använde sedan funktionell magnetisk resonanstomografi för att se vilka hjärnregioner som lyste upp när djuren såg ett ansikte.

Teamet fokuserade på dessa hotspots för att se vad ansiktscellerna gjorde. Tsao och Chang använde en uppsättning av 2 000 mänskliga ansikten med varierande egenskaper, till exempel avståndet mellan ögonen eller hårfästets form, som aporna kunde se. Neurovetenskapsmännen implanterade sedan elektroder i makakernas hjärnor för att jämföra svaren från enskilda neuroner på ansiktsskillnaderna.

Tsao och Chang registrerade svar från totalt 205 neuroner mellan de två aporna. Varje neuron reagerade på en specifik kombination av några av ansiktsparametrarna.

”De har utvecklat en modell som går från en bild på en datorskärm till svaren från neuroner långt ner i den visuella hjärnbarken”, säger Greg Horwitz, en visuell neurofysiolog vid University of Washington i Seattle. ”Det här är ett stort steg framåt”, säger han, eftersom modellen kartlägger hur varje cell reagerar på alla möjliga kombinationer av ansiktsdrag, i stället för bara en.

Spelar på favoriter

Tsao och Chang undrade om varje neuron, inom den specifika kombination av egenskaper som en ansiktscell känner igen, var bättre inställd på vissa drag än på andra. De testade denna idé genom att försöka återskapa de ansikten som aporna fick se, på grundval av varje neurons svar på sin kast av egenskaper. Baserat på styrkan i dessa signaler kunde neurovetenskapsmännen återskapa de riktiga ansiktena nästan perfekt.

När aporna såg ansikten som varierade enligt egenskaper som en neuron inte brydde sig om, förblev den enskilda ansiktscellens svar oförändrat.

Med andra ord, ”neuronen är inte en ansiktsdetektor, den är en ansiktsanalysator”, säger Leopold. Hjärnan ”kan inse att det finns nyckeldimensioner som gör att man kan säga att det här är person A och det här är person B.”

Mänskliga hjärnor använder förmodligen denna kod för att känna igen eller föreställa sig specifika ansikten, säger Tsao. Men forskarna är fortfarande osäkra på hur allt hänger ihop.

Ett budskap är tydligt för neurovetenskapsmännen. ”Om deras benägenhet är att tänka: ”Vi vet hur ansikten känns igen eftersom det finns ett litet antal ansiktsceller som sjunger högt när rätt ansikte ses”, tror jag att den föreställningen gradvis bör försvinna, eftersom den inte stämmer”, säger Leopold. ”Den här studien presenterar ett mer realistiskt alternativ till hur hjärnan faktiskt går till väga och analyserar individer.”