Нейрофізіологи з Каліфорнійського Технологічного інституту вперше детально описали механізм, за допомогою якого людський мозок розпізнає обличчя. Виявилося, що принцип його роботи схожий на розпізнавання більш простих характеристик, таких як кольори і форми об'єктів. За кожну конкретну межу відповідають свої нейрони, і їх комбінований сигнал дозволяє людині проаналізувати побачене і з'ясувати, наприклад, знайоме йому це обличчя чи ні. При цьому встановити, що саме мозок вважає «рисою», вчені змогли лише в процесі машинного навчання. Дослідження опубліковано в.
На сьогоднішній день вченим відомо, які нейрони в мозку відповідають за розпізнавання кольорів, форм і розмірів. Але як відбувається швидка, практично миттєва оцінка складних об'єктів, - таких як людські особи, - досі залишалася неясною. Ряд досліджень показав, що в ході процесу розпізнавання осіб в мозку активуються спеціальні ділянки, що працюють, мабуть, виключно для виконання цього завдання. Однак було незрозуміло, як саме влаштована їхня робота: активуються вони у відповідь на розпізнавання конкретних або схожих осіб і наскільки великий обсяг інформації вони, таким чином, зберігають.
Попередні роботи, в ході яких вчені намагалися змінювати параметри «вручну», пропонуючи випробовуваним подивитися на зображення людей з різними розмірами рота або очей, не дозволяли отримати скільки-небудь вичерпні дані. Проблема полягала в тому, що риси обличчя важко піддаються словесному і параметричному опису, і при оцінці осіб мозок користується якимись іншими критеріями, які не вдавалося задати у вигляді набору простих характеристик.
Щоб обійти цю скруту, автори нової роботи скористалися методами машинного навчання. Обробивши 200 осіб, комп'ютерна програма сама «зрозуміла» основні параметри, за якими вони розрізняються. Таких параметрів виявилося близько п'ятдесяти. Близько половини з них стосувалися форм об'єктів, інші описували їх колір і текстуру. Комбінація всіх параметрів дозволяла отримувати спрощене зображення, цілком схоже на справжнє обличчя. У вісімдесяти відсотках випадків люди, яким показували такі зображення, правильно співвідносили їх з прототипами.
Далі вчені вирішили з'ясувати, як ділянки, що активуються при розпізнаванні осіб, будуть реагувати на зміни цих параметрів. В якості випробовуваних в ході експерименту використовували двох макак, до мозку яких були підключені електроди. Їм показували дві тисячі зображень осіб, варіюючи їх за всіма параметрами, після чого обробляли отримані сигнали, представляючи реакції нейронів як вектори в 50-мірному просторі.
З'ясувалося, що близько сотні нейронів з тих ділянок, які беруть участь у розпізнаванні осіб, проводять в ході цього процесу високоорганізований детальний аналіз, причому різні нейрони відповідають за обробку різних рис обличчя. Якщо риса, за яку відповідає конкретний нейрон, змінюється, то цей нейрон активується і передає відповідний сигнал далі по нейронній мережі; якщо ж змінюються інші риси, то він залишається в неактивному стані. Таким чином, у кожного нейрона або групи нейронів є своє завдання, не залежне від оточуючих. Підсумковий комбінований сигнал всіх цих нейронів і дає результат, який відповідає або не відповідає знайомій особі.
Цікаво, що це відкриття не наділяє такі нейрони якимись особливими властивостями - навпаки, виходить, що їх робота не надто відрізняється від роботи інших чутливих нейронів мозку, хоча раніше передбачалося, що в розпізнаванні облич криється якийсь інший, набагато більш складний механізм. Автори наводять як приклад вже описаний механізм розпізнавання кольорів - у ньому нейрон, що відповідає за впізнавання, наприклад, червоного кольору, однаковим чином реагує на помаранчевий і фіолетовий кольори, тому що червона компонента в них одна і та ж.
Принцип розпізнавання осіб, таким чином, відкритий, але конкретні його деталі ще належить з'ясувати, наприклад, пов'язати певні нейрони з розпізнаванням конкретних параметрів - поки цей зв'язок зрозумілий тільки в загальних рисах. Паралельно вчені ведуть й інші дослідження механізмів розпізнавання зорових образів. Наприклад, про те, як виробляється вміння розпізнавати обличчя після періоду довгої сліпоти, можна прочитати тут.