Когда мы видим за столом друзей в переполненном ресторане, то сразу узнаем, кто есть кто, лишь взглянув на их лица. Но объяснить, как мы выполняем такую сложную задачу, непросто - и для ученых, изучающих мозг, это еще сложнее. Но теперь одна группа исследователей сделала важный шаг: они смогли расшифровать сигналы клеток мозга обезьян. Выводы могут помочь разгадать другие сложные функции мозга, определить лицо преступников на камерах безопасности и, возможно, даже привести к развитию технологий для парализованных людей.
«Мы действительно взломали «лицевой код» в мозге», - говорит Дорис Цао (Doris Tsao), невролог из Калифорнийского технологического института (Caltech) в Пасадене, возглавлявшая исследование.
Ученые хорошо понимают, как группы клеток мозга «собираются вместе», чтобы кодировать простые «низкоуровневые» визуальные сигналы, такие как цвет, углы и края. Но сложные, высокоуровневые объекты, такие как лица, долго оставались в тени. Ученые задаются вопросом, может ли распознавание лиц в частности быть особой нервной задачей: ученые десятилетиями знали, что они вызывают сильные реакции в определенных областях мозга, называемых «лицевыми паттернами».
В течение многих лет некоторые ученые задавались вопросом, могут ли нейронные клетки в этих областях мозга кодировать лица конкретных людей – нейроны разряжаются, наблюдая не только конкретное лицо, но и любые схожие. Новое исследование полностью опровергает эту идею, говорит Родриго Квайан Кирога (Rodrigo Quian Quiroga), невролог из Университета Лестера в Великобритании. Предполагается, что даже при таком высоком уровне визуальной обработки клетки кодируют специфические лицевые элементы, которые приводят к формированию всего лица. И эта относительно простая система предполагает, что, возможно, лицевые нейроны распознавания не так уж особенны, говорит Цао.
Цао и ее коллеги начали изучать лицевые паттерны 5 лет назад, проверяя, как нейроны реагируют на изменяющиеся элементы, такие как размер глаз и длина рта. Но ничто из того, что они пытались получить, не привело к «дешифровке» изображения.
Итак, Цао с коллегами использовали компьютерную программу для обработки набора из 200 лиц, взятых из базы данных. Программа рассчитывала 50 измерений, которые математически описывали, как эти лица больше всего отличаются друг от друга. Ни один из измерений не соответствовал конкретному черту лица, но половина учитывала характеристики, связанные с формой, например, расстояние между глазами. Другая половина рассчитывала такие показатели, как тон кожи и текстура. Вместе эти 50 измерений могут использоваться для представления упрощенной версии всех 200 лиц.
Затем ученые вставили электроды в мозг двух макак и следили за тем, как 205 нейронов лицевых паттернов реагировали на тысячи человеческих лиц, генерируемых компьютером, которые изменялись по 50 показателям. Из миллиардов ответов они построили «декодер», который рассказал им, что означает каждый разряд нейрона.
Оказалось, что клетки активно реагируют на изменения в предпочтительных «параметрах» лица и совершенно «безразличны» к другим. Нейрон одинаково реагирует на два совершенно разных лица, но с несколькими совпадающими параметрами.
Несмотря на прорывные результаты следует понимать, что мы не знаем всех «предпочтительных параметров» и исследование скорее не расшифровывает, а представляет схему анализа чужих лиц. К тому же, несмотря на распространённое мнение, что мозг обезьян обрабатывает лица аналогично людям, результаты вряд ли полностью повторятся при исследованиях на человеке.