เซลล์ประสาทของลิงตอบสนองต่อลักษณะใบหน้าต่างๆ รวมข้อมูลเพื่อภาพที่สมบูรณ์
สมองของลิงสร้างภาพใบหน้ามนุษย์คล้ายกับนายมันฝรั่งเฮด เว็บสล็อต โดยนำมันมาต่อกันทีละนิด รหัสที่สมองของลิงใช้เพื่อแสดงใบหน้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับกลุ่มของเซลล์ประสาทที่ปรับให้เข้ากับใบหน้าที่เฉพาะเจาะจง ตามที่ได้เสนอไว้ก่อนหน้านี้ แต่ใช้ประชากรประมาณ 200 เซลล์ที่กำหนดรหัสสำหรับลักษณะใบหน้าที่แตกต่างกัน เมื่อรวมเข้าด้วยกัน ข้อมูลที่ส่งมาจากเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ช่วยให้สมองสามารถจับภาพใบหน้าใดๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพนักวิจัยรายงานวันที่ 1 มิถุนายนในเซลล์
Rodrigo Quian Quiroga นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัยเลสเตอร์ในอังกฤษกล่าวว่า “นี่คือจุดเปลี่ยนทางประสาทวิทยา ซึ่งเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ” “เป็นกลไกที่ง่ายมากในการอธิบายบางสิ่งที่ซับซ้อนพอๆ กับการจดจำใบหน้า”
จนถึงปัจจุบัน Quiroga กล่าวว่าคำอธิบายชั้นนำสำหรับวิธีที่สมองของไพรเมตจดจำใบหน้าได้เสนอให้เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์หรือเซลล์ประสาทตอบสนองต่อใบหน้าบางประเภท ( SN: 6/25/05, p. 406 ) ระบบดังกล่าวอาจใช้งานได้กับคนสองสามโหลที่คุณโต้ตอบด้วยเป็นประจำ แต่การคำนึงถึงอุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งหมดที่พบในชีวิตนั้นจะต้องใช้เซลล์ประสาทจำนวนมาก
Doris Tsao นักประสาทวิทยาจาก Caltech กล่าวว่าตอนนี้ดูเหมือนว่าสมองอาจมีกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
Tsao และผู้เขียนร่วม Le Chang ใช้การวิเคราะห์ทางสถิติเพื่อระบุตัวแปร 50 ตัวที่ทำให้เกิดความแตกต่างมากที่สุดระหว่างภาพถ่ายใบหน้า 200 รูป ตัวแปรเหล่านี้แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงที่ค่อนข้างซับซ้อนบนใบหน้า ตัวอย่างเช่น ไรผมที่ยกขึ้นในขณะที่ใบหน้ากว้างขึ้นและดวงตาจะปรับให้เข้าที่มากขึ้น
นักวิจัยได้เปลี่ยนตัวแปรเหล่านั้นให้เป็น “พื้นที่หน้า” 50 มิติ โดยแต่ละหน้าเป็นจุดและแต่ละมิติเป็นแกนตามชุดของคุณลักษณะต่างๆ
จากนั้น Tsao และ Chang ดึง 2,000 ใบหน้าจากแผนที่นั้น
แต่ละอันเชื่อมโยงกับพิกัดเฉพาะ ในขณะที่ฉายใบหน้าทีละภาพบนหน้าจอต่อหน้าลิงแสมสองตัว ทีมงานได้บันทึกกิจกรรมในเซลล์ประสาทเดี่ยวในส่วนของกลีบขมับของลิงที่ทราบว่าตอบสนองต่อใบหน้าโดยเฉพาะ เมื่อรวมกันแล้ว การบันทึกได้จับกิจกรรมจาก 205 เซลล์ประสาท
แต่ละเซลล์ใบหน้าถูกปรับให้เป็นหนึ่งใน 50 แกนที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ Tsao และ Chang พบ อัตราที่แต่ละเซลล์ส่งสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับตำแหน่งพิกัดของใบหน้าที่กำหนดตามแกน แต่เซลล์ไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่แกนนั้นไม่ได้จับ ตัวอย่างเช่น เซลล์ที่ปรับไปยังแกนที่ความกว้างของจมูกและขนาดของดวงตาเปลี่ยนไปจะไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของรูปร่างริมฝีปาก
การเพิ่มคุณลักษณะที่ถ่ายทอดโดยกิจกรรมของแต่ละเซลล์เข้าด้วยกันจะสร้างภาพใบหน้าที่สมบูรณ์ และเช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ที่สร้างหน้าจอสีเต็มรูปแบบโดยผสมสัดส่วนต่างๆ ของแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน ระบบพิกัดช่วยให้สมองวาดภาพใบหน้าใดๆ ก็ได้ในสเปกตรัม
“มันเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจอย่างยิ่ง” Tsao กล่าว แม้ว่าใบหน้าจะเปลี่ยนเป็นโปรไฟล์ เซลล์เดิมก็ยังคงตอบสนองต่อคุณสมบัติเดิม
จากนั้น Tsao และ Chang ก็สามารถสร้างกระบวนการนั้นขึ้นมาใหม่โดยย้อนกลับโดยใช้อัลกอริธึม เมื่อพวกเขาเสียบรูปแบบกิจกรรมของเซลล์ประสาทที่บันทึกไว้ 205 เซลล์ คอมพิวเตอร์ก็พ่นภาพที่ดูเหมือนกับที่พวกเขาแสดงให้ลิงดูแทบทุกประการ
“ผู้คนมองว่าเซลล์ประสาทเป็นกล่องดำ” Ed Connor นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษากล่าว “นี่เป็นการสาธิตที่น่าทึ่งที่คุณสามารถเข้าใจได้ว่าสมองกำลังทำอะไรอยู่”
แม้ว่าที่อื่นๆ ในสมอง เซลล์ประสาทจะไม่ใช้ระบบพิกัดใบหน้านี้ ในปี 2548 Quiroga ค้นพบเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ที่ปรับให้เข้ากับคนในสมองส่วนฮิปโปแคมปัส ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่เกี่ยวข้องกับความทรงจำ ตัวอย่างเช่น เขาพบว่ามีเซลล์ประสาทเพียงเซลล์เดียวที่ปิดข้อความเพื่อตอบสนองต่อภาพถ่ายของเจนนิเฟอร์ อนิสตันหรือรูปภาพที่เกี่ยวข้องกับแนวคิด เช่น ชื่อของเธอที่เขียนออกมา หรือรูปภาพของเพื่อน ของเธอ ลิซ่า คูดโรว์
ผลลัพธ์ใหม่เข้ากันได้ดีกับภาพนั้น Tsao และ Quiroga เห็นด้วย Tsao เปรียบเทียบระบบของเธอกับ GPS เพื่อระบุใบหน้า “เซลล์เหล่านี้กำลังเข้ารหัสพิกัด และคุณสามารถใช้พิกัดเหล่านี้ได้ทุกอย่างที่คุณต้องการ คุณสามารถสร้างตารางค้นหาเฉพาะที่เข้ารหัสสิ่งเหล่านี้เป็นข้อมูลเฉพาะตัว เช่น บารัค โอบามา หรือแม่ของคุณ”
เซลล์ฮิปโปแคมปัสของ Quiroga ซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียงไม่กี่การเชื่อมต่อของเส้นประสาทเป็นเหมือนผลลัพธ์ของตารางนั้น – ประเภทของการโทรด่วนสำหรับคนและแนวคิดที่เคยพบมาก่อน
กลยุทธ์การเข้ารหัสที่แตกต่างกันอาจเชื่อมโยงกับความแตกต่างในสิ่งที่พื้นที่สมองเหล่านี้ทำ “เมื่อเราจำสิ่งต่างๆ เราลืมรายละเอียด แต่เราจำแนวคิดได้” Quiroga กล่าว แต่สำหรับการแยกแยะใบหน้า และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลใบหน้าที่ไม่คุ้นเคย “รายละเอียดคือกุญแจสำคัญ” เว็บสล็อต
