Человеческий мозг постоянно гудит от электрической активности, поскольку клетки мозга, называемые нейронами, реагируют на сенсорные сигналы и создают мир, который мы воспринимаем. Шесть определенных областей мозга, называемых участками лица, содержат нейроны, которые больше реагируют на лица, чем на любой другой тип объектов. Новое исследование Калифорнийского технологического института показывает, как нарушения в этих клетках лица изменяют восприятие, отвечая на давний вопрос когнитивной науки.
Исследованием руководили Дорис Цао (степень бакалавра 96), профессор биологии, кафедра лидерства Центра системной нейробиологии Тяньцяо и Крисси Чен, и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. Документ с описанием работы был опубликован в номере журнала Nature Neuroscience от 13 марта.
"Ячейки лица будут давать максимальный отклик, когда объект наблюдает за лицами, но они также будут производить небольшую активность, когда субъект смотрит на круглые объекты, такие как яблоко или часы," говорит Цао. "В когнитивной науке ведутся долгие споры: действительно ли мозг использует эти небольшие реакции для генерации восприятия?? Клетки лица помогают нам воспринимать часы и яблоки?"
Цао и ее команда стремились проверить это, изменив восприятие обученной обезьяны. Во-первых, обезьяна была обучена смотреть влево, если два изображения были идентичны, и смотреть вправо, если они были разными. Затем исследователи показали обезьяне два идентичных изображения лиц, но пока она просматривала второе, исследователи стимулировали определенные участки лица. Реакция обезьяны резко изменилась: животное почти всегда указывало, что два идентичных лица были разными, что означает, что активность нейронов лицевых пятен играет большую роль в формировании нашего восприятия лиц. К удивлению, группа обнаружила, что стимуляция клеток лица также оказывает значительное влияние на восприятие некоторых других объектов.
"Несколько лет назад было исследование на людях, в котором нейрохирург стимулировал область лица человека, и человек воскликнул: «Ого!! Ваше лицо только что изменилось," говорит Цао. "Наше исследование систематически нарушало каждый патч в сети патчей лица гораздо большим набором стимулов, и мы обнаружили, что мы также можем нарушить восприятие мультяшных лиц, двухцветных абстрактных изображений, называемых лицами Муни, и даже яблок. Итак, мы показали, что класс объектов, на которые может воздействовать стимуляция лицевых пятен, довольно велик, намного больше, чем просто реалистичные фотографии лиц. Еще более удивительно то, что мы обнаружили, что некоторые объекты, восприятие которых мы могли изменить с помощью стимуляции, даже не активировали участок лица, который мы стимулировали – нейроны участка лица совершенно молчали по отношению к этим объектам."
Что могло это объяснить? Группа обнаружила, что участок лица, расположенный в самой задней части височной доли, который, как считается, укрывает самую раннюю стадию обработки лица, был более терпимым и активировался объектами, восприятие которых можно было изменить с помощью стимуляции участка лица. Пятна, которые находились в более передней части височной доли, были более специализированы для лиц. Эти результаты показывают, что, хотя участки лица играют большую причинную роль в формировании восприятия лиц, эти области также являются частью сложной сети, участвующей в обработке гораздо более широкого класса объектов. Результаты создают основу для будущих экспериментов по изучению того, как активность во всей сети объединяется для создания восприятия объекта.
Работа может иметь приложения для инженеров, которые разрабатывают алгоритмы, чтобы научить машины распознавать объекты.
"Инженеры по машинному зрению часто спрашивают: сколько специализированных сетей нам нужно для надежного видения объектов??" Цао говорит. "Нужна ли специальная сеть для распознавания кошельков, обуви, машин, продуктов питания?? Или у нас может быть одна сеть общего назначения? Наши результаты показывают, что ответ – гибрид, и это может иметь важные инженерные последствия."