Nuestros cerebros están tan preparados para reconocer caras, o para distinguir a las personas, que rara vez nos detenemos a pensar en ello, pero lo que sucede en el cerebro cuando se involucra en tal reconocimiento aún está lejos de entenderse.estudio informado hoy en Comunicaciones de la naturaleza , investigadores del Instituto de Ciencias Weizmann han arrojado nueva luz sobre este tema. Encontraron una sorprendente similitud entre la forma en que las caras se codifican en el cerebro y la ejecución exitosa de sistemas de inteligencia artificial conocidos como redes neuronales profundas.
Cuando miramos una cara, grupos de neuronas en la corteza visual se activan y disparan sus señales. De hecho, ciertos grupos de neuronas responden selectivamente a caras pero no a otros objetos. Pero, ¿cómo se junta la activación de neuronas individuales?para producir percepción y reconocimiento facial?
El profesor Rafi Malach, del Departamento de Neurobiología, y Shany Grossman, un estudiante de doctorado de su grupo, tuvieron la idea de abordar esta cuestión comparando la actividad del cerebro humano con redes neuronales profundas. Estos sistemas informáticos, que recientemente revolucionaron el campo de lainteligencia artificial, están entrenados para realizar tareas aprendiendo de enormes conjuntos de datos. En los últimos años, han mejorado tan dramáticamente que ahora funcionan tan bien como los humanos, o incluso mejor, en una variedad de tareas visuales, incluido el reconocimiento facial.
Grossman y Guy Gaziv, un estudiante de investigación en el Departamento de Ciencias de la Computación y Matemáticas Aplicadas, analizaron datos obtenidos de 33 personas en el laboratorio del Dr. Ashesh Mehta en el Instituto Feinstein de Investigación Médica en Manhasset, Nueva York. Este conjunto único delos sujetos son pacientes con epilepsia a los que se les han implantado electrodos en varias regiones del cerebro con el fin de realizar un diagnóstico y que se ofrecieron como voluntarios para participar en diversas tareas de investigación.
Como a los voluntarios se les mostró una serie de rostros de diferentes bases de datos de imágenes, incluidos individuos famosos y desconocidos, su actividad cerebral fue monitoreada a través de grabaciones de 96 electrodos implantados en la parte del cerebro responsable de la percepción facial. Las grabaciones mostraron que cada rostroevocaba un patrón único de activación neuronal, que involucraba diferentes grupos de neuronas que se disparaban a diferentes intensidades. Curiosamente, algunos pares de caras provocaron patrones de actividad cerebral de aspecto similar, es decir, tenían "firmas" de actividad similares, mientras que otros provocaron la activaciónpatrones que diferían mucho entre sí. Los investigadores tenían curiosidad por saber si estas firmas de activación juegan un papel importante en nuestra capacidad para reconocer caras.
Decidieron comparar el sistema de reconocimiento facial humano con el de una red neuronal profunda que tiene una capacidad de reconocimiento facial similar. Esta red artificial, inspirada libremente en el sistema visual humano, contiene elementos artificiales, análogos a las neuronas, dispuestos en unas dos docenas "capas. "Para reconocer el rostro de una persona, las neuronas artificiales en cada capa seleccionan y combinan diferentes rasgos faciales, desde los más simples, como líneas y formas primitivas, hasta los más complejos, como partes del ojo y otros fragmentos faciales, hastatan definitivos como la identidad de una persona.
Los investigadores razonaron que si los patrones de codificación de rostros que encontraron en el cerebro humano eran críticos para permitir que los humanos reconocieran rostros, tales firmas también deberían encontrarse en la red artificial. Para probar si este era el caso, presentaron a lainterconectaron las mismas imágenes de rostros que se mostraron a los voluntarios humanos. Luego comprobaron si estos rostros provocaban conjuntos de patrones de activación exclusivos de rostros que tuvieran la misma diversidad y estructura que los que se habían detectado en los cerebros humanos.
Curiosamente, los científicos encontraron un paralelo sorprendente entre los sistemas humano y artificial. Era más prominente en las capas medias de la red profunda, aquellas que representan la apariencia pictórica real de los rostros en lugar de la identidad personal más abstracta de lospropietarios de cara.
"Es muy informativo que dos sistemas tan drásticamente diferentes, uno biológico y otro artificial, es decir, el cerebro y una red neuronal profunda, hayan evolucionado de tal manera que poseen características similares", dice Malach ".Yo llamaría a esto evolución convergente, así como los aviones hechos por humanos muestran similitudes con las alas de insectos, aves e incluso mamíferos. Tal convergencia apunta a la importancia crucial de patrones únicos de codificación facial en el reconocimiento facial ".
"Nuestros hallazgos apoyan la hipótesis de que los distintos patrones de activación de las neuronas en respuesta a diferentes rostros, así como la relación entre estos patrones, juegan un papel clave en la forma en que el cerebro percibe los rostros", dice Grossman. "Estos hallazgos pueden ayudaravanzar en nuestra comprensión de cómo la percepción y el reconocimiento de rostros están codificados en el cerebro humano. Por otro lado, también pueden ayudar a mejorar aún más el rendimiento de las redes neuronales, modificándolas para acercarlas a los patrones de respuesta cerebral observados."
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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