Cuando mira fotos de caras, su cerebro puede identificar instantáneamente las que conoce, ya sea su madre o su celebridad favorita, y distinguir entre las que nunca ha visto antes.años, los neurocientíficos han comenzado a mirar dentro de la caja negra del cerebro para comprender cómo el cerebro puede reconocer y percibir caras. Ahora, en un estudio publicado el 1 de junio en la revista Celda , los investigadores informan que han descifrado el código de identidad facial en el cerebro de los primates.
"Hemos descubierto que este código es extremadamente simple", dice la autora principal Doris Tsao, profesora de biología e ingeniería biológica en el Instituto de Tecnología de California. "Una consecuencia práctica de nuestros hallazgos es que ahora podemos reconstruir una caraque un mono está observando al monitorear la actividad eléctrica de solo 205 neuronas en el cerebro del mono. Uno puede imaginar aplicaciones en medicina forense donde uno podría reconstruir la cara de un criminal analizando la actividad cerebral de un testigo ".
Investigaciones anteriores de Tsao y otros utilizaron fMRI en humanos y otros primates para identificar las áreas del cerebro que son responsables de identificar las caras. Llamaron a estas seis áreas, que se encuentran en la corteza temporal inferior IT, parches faciales.Investigaciones posteriores mostraron que estas áreas están repletas de células nerviosas específicas que disparan potenciales de acción con mucha más fuerza al ver caras que al ver otros objetos. Llamaron a estas neuronas células de cara.
Anteriormente, algunos expertos en el campo creían que cada célula facial en el cerebro representa una cara específica, pero esto presentaba una paradoja, dice Tsao, quien también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Podría reconocer a 6 mil millones de personas,pero no tiene 6 mil millones de células faciales en la corteza de TI. Tenía que haber alguna otra solución "
En el estudio actual, Tsao y su compañero postdoctoral Steven Le Chang, el primer autor del artículo, descubrieron que, en lugar de representar una identidad específica, cada celda facial representa un eje específico dentro de un espacio multidimensional, al que llaman el espacio facial.De la misma manera que la luz roja, azul y verde se combinan de diferentes maneras para crear todos los colores posibles en el espectro, estos ejes se pueden combinar de diferentes maneras para crear cada cara posible.
Los investigadores comenzaron creando un espacio de 50 dimensiones que podría representar todas las caras. Asignaron 25 dimensiones a la forma, como la distancia entre los ojos o el ancho de la línea del cabello, y 25 dimensiones a las características de apariencia no relacionadas con la forma, como el tono y la textura de la piel.
Utilizando monos macacos como sistema modelo, los investigadores insertaron electrodos en los cerebros que podrían registrar señales individuales de células faciales individuales dentro de los parches faciales. Descubrieron que cada célula facial se disparaba en proporción a la proyección de una cara en un solo ejeen el espacio facial de 50 dimensiones. Conociendo estos ejes, los investigadores desarrollaron un algoritmo que podría decodificar caras adicionales a partir de respuestas neuronales.
En otras palabras, ahora podrían mostrarle al mono una nueva cara arbitraria y recrear la cara que el mono estaba viendo a partir de la actividad eléctrica de las células faciales en el cerebro del animal. Cuando se colocaron lado a lado, se mostraron las fotos que mostraban los monosy las caras que se recrearon usando el algoritmo eran casi idénticas. Las celdas faciales de solo dos de los parches faciales 106 celdas en un parche y 99 celdas en otro fueron suficientes para reconstruir las caras ". La gente siempre dice que una imagen esvale más que mil palabras ", dice Tsao." Pero me gusta decir que una imagen de una cara vale aproximadamente 200 neuronas ".
La evidencia de que las células son ejes de codificación y no caras específicas fue el descubrimiento de que para cada célula, Chang y Tsao podían diseñar un gran conjunto de caras que se veían extremadamente diferentes, pero que hicieron que la célula se disparara exactamentede la misma manera. "Esto fue completamente impactante para nosotros, siempre pensamos que las células faciales eran más complejas. Pero resulta que cada célula de la cara solo mide la distancia a lo largo de un solo eje del espacio facial, y es ciego a otras características", dijo Tsao.dice.
"La forma en que el cerebro procesa este tipo de información no tiene que ser una caja negra", explica Chang. "Aunque hay muchos pasos de cálculos entre la imagen que vemos y las respuestas de las células faciales, el código de estoslas celdas faciales resultaron ser bastante simples una vez que encontramos los ejes adecuados. Este trabajo sugiere que otros objetos podrían codificarse con sistemas de coordenadas igualmente simples ".
Además de sus implicaciones para estudiar el código neuronal, la investigación también tiene aplicaciones de inteligencia artificial. "Esto podría inspirar nuevos algoritmos de aprendizaje automático para reconocer caras", agrega Tsao. "Además, nuestro enfoque podría usarse para descubrir cómolas unidades en redes profundas codifican otras cosas, como objetos y oraciones "
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