Узоры в мире, такие как эта скальная формация в Эбихене, Франция, иногда случайно могут выглядеть как человеческие лица. В новом исследовании Meng et al. использовали этот феномен парейдолии, чтобы исследовать, как нейронная обработка лиц различается в левой и правой половине мозга. Изображение: Эрван Мирабо
Объекты, похожие на лица, повсюду. Будь то бывший гранитный «Старик с горы» из Нью-Гэмпшира или лицо Иисуса на лепешке, наш мозг умеет находить изображения, похожие на лица. Однако нормальный человеческий мозг почти никогда не обманывает, думая, что такие объекты на самом деле являются человеческими лицами.
«Вы можете сказать, что в нем есть некоторая« внешность », но, с другой стороны, вы не ошибаетесь, полагая, что это настоящее лицо», – говорит Паван Синха, профессор кафедры мозга и когнитивных наук в Массачусетском технологическом институте.
Новое исследование Синхи и его коллег раскрывает активность мозга, которая лежит в основе нашей способности делать это различие. В левой части мозга веретенообразная извилина – область, которая давно ассоциируется с распознаванием лиц – тщательно рассчитывает, насколько «похожим на лицо» изображение. Затем кажется, что правая веретенообразная извилина использует эту информацию, чтобы быстро и однозначно решить, действительно ли объект является лицом.
Синха говорит, что это распределение труда – один из первых известных примеров того, как левое и правое полушария мозга берут на себя разные роли в задачах визуальной обработки высокого уровня, хотя различия между полушариями наблюдались и в других функциях мозга, в первую очередь в речи. и пространственное восприятие.
Ведущий автор статьи, опубликованной янв. 4 в Трудах Королевского общества B – Мин Мэн, бывший постдок лаборатории Синхи, а ныне доцент Дартмутского колледжа. Другими авторами являются Тариан Чериан ’09 и Гаурав Сингал, который недавно получил степень доктора медицины в отделении медицинских наук и технологий Гарвардского технологического института и сейчас проживает в больнице общего профиля Массачусетса.
Лицо против безликого
Многие более ранние исследования показали, что нейроны веретенообразной извилины, расположенной на нижней стороне мозга, преимущественно реагируют на лица. Синха и его ученики решили исследовать, как эта область мозга определяет, что является лицом, а что нет, особенно в тех случаях, когда объект очень похож на лицо.
Чтобы помочь им в этом, исследователи создали континуум изображений, начиная от тех, которые не похожи на лица, до настоящих лиц. Они обнаружили изображения, очень похожие на лица, изучив фотографии, которые системы машинного зрения ошибочно пометили как лица. Затем наблюдатели оценили, насколько лицо похоже на каждое из изображений, выполнив серию однозначных сравнений; результаты этих сравнений позволили исследователям ранжировать изображения по степени их сходства с лицом.
Затем исследовательская группа использовала функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) для сканирования мозга испытуемых, когда они распределяли изображения по категориям. Неожиданно ученые обнаружили разные паттерны активности на каждой стороне мозга: на правой стороне паттерны активации в веретенообразной извилине оставались довольно последовательными для всех подлинных изображений лица, но резко менялись для всех изображений без лица, независимо от того, насколько они напоминали изображение лица. лицо. Это говорит о том, что правая часть мозга участвует в категорической декларации о том, является ли изображение лицом или нет.
Между тем, в аналогичной области в левой части мозга паттерны активности постепенно менялись по мере того, как изображения становились более похожими на лица, и не было четкого разделения между лицами и лицами, не являющимися лицами. Исходя из этого, исследователи пришли к выводу, что левая часть мозга ранжирует изображения по шкале того, насколько они похожи на лица, но не относит их к той или иной категории.
«С точки зрения вычислений, можно сделать одно предположение, что левая сторона делает начальную тяжелую работу», – говорит Синха. «Он пытается определить, насколько похожа на лицо модель, без принятия окончательного решения о том, буду ли я называть это лицом.”
Ключом к исследованию была технология анализа изображений, которая позволила ученым изучить закономерности активности веретенообразной извилины.
«Это относительно недавнее нововведение – взгляд на паттерн активации, а не на общую активацию», – говорит Томас Бьюзи, доцент кафедры психологии и науки о мозге в Университете Индианы, который не принимал участия в этом исследовании. «Каждый раз, когда у вас есть показатель, который воспроизводится и коррелирует с человеческим поведением, это кажется довольно убедительной историей.”
Время поучительно
Исследователи обнаружили, что активация левой стороны веретенообразной извилины на пару секунд предшествовала активации правой стороны, подтверждая гипотезу о том, что левая сторона сначала выполняет свою работу, а затем передает информацию правой стороне.
Синха говорит, что, учитывая медлительность сигналов фМРТ (которые зависят от изменений кровотока), время еще не является окончательным доказательством, «но это очень интересная возможность, потому что она начинает дразнить это монолитное понятие обработки лица. Теперь мы начинаем понимать, каковы составляющие этой общей системы обработки лиц.”
Исследователи надеются получить более убедительные доказательства временных отношений между двумя полушариями с помощью исследований с использованием электроэнцефалографии (ЭЭГ) или магнитоэнцефалографии (МЭГ), двух технологий, которые предлагают гораздо более точное представление о времени активности мозга. Они также надеются узнать, как и когда правая и левая стороны веретенообразной извилины развивают эти независимые функции, изучая слепых детей, у которых зрение восстановлено в раннем возрасте. Многие из таких детей лечились в рамках проекта Prakash, инициативы по поиску и лечению слепых детей в Индии.