Механизм узнавания лиц человеком и животными – одна из труднейших проблем нейрофизиологии. Как показывают эксперименты и повседневный опыт, человек, высшие приматы и хищные млекопитающие способны идентифицировать знакомое лицо за доли секунды. У человека эта удивительная способность формируется в первые два года жизни. Известно, что для этого используется участок передней нижневисочной коры больших полушарий головного мозга. До последнего времени было совершенно непонятно, как нейронные сети мозга успевают решить эту сложнейшую задачу за такое короткое время.
Было предложено несколько теорий, объясняющих эту способность мозга. Одна из них предполагает, что распознавание происходит путем сравнения с хранящимся в мозгу эталоном лица. Этот эталон может быть врожденным, а может формироваться на основе усреднения статистики лиц, увиденных человеком на протяжении его жизни. В ходе последних исследований ученые получили данные, подтверждающие «эталонную» гипотезу.
Международная группа исследователей, которую возглавляет доктор Давид Леопольд (David A. Leopold) из Лаборатория нейропсихологии Национального института психического здоровья (Laboratory of Neuropsychology, National Institute of Mental Health) в Бетезде, штат Мэриленд, США, и в которую входят доктор Игорь Бондарь (Igor V. Bondar), Институт Макса Планка и доктор Мартин Гизе (Martin A. Giese), руководитель Лаборатории представления действий и обучения (Laboratory for Action Representation and Learning) в Тюбингене, Германия - выяснили, как узнают лица макаки. Об открытии сообщает статья, опубликованная авторами работы в последнем номере Nature.
Оказалось, что макаки, видя лицо своего товарища или человека, не перебирают в памяти все известные им лица, а сравнивают видимый ими образ со «среднестатистическим лицом», хранящимся в памяти. На основе найденных отличий отыскивается лицо, наиболее близкое к видимому в данный момент.
Исследование нейрофизиологии мозга Macaca mulatto позволило понять, как работает механизм распознавания лица. Ученые показывали двум макакам (Macaca mulatta) человеческие лица на экране компьютера. Изображения генерировались из набора реальных фотографий при помощи специальной программы-преобразователя. Эта программа может, как генерировать новые лица, так и строить усредненные изображения по имеющемуся набору лиц. При этом у животных при помощи тончайших электродов регистрировали активность нейронов передней нижневисочной коры больших полушарий – области мозга, отвечающей за распознавание лиц. Были выявлены нейроны, возбуждающиеся при показе индивидуальных лиц. Некоторые нейроны «вспыхивали» в ответ на каждое из нескольких лиц, другие – только на одно определенное. Эти нейроны реагировали именно на узнавание лица, не зависимо от его положения и масштаба.
Оказалось, что большинство из найденных таким образом нейронов сильнее всего реагировали на наиболее усредненное лицо. Чем из большего количества фотографий генерировалось усредненное лицо (то есть чем ближе оно было к истинному человеческому среднему), тем сильнее возбуждались эти нейроны. В то же время отдельные нейроны усиливали свои ответы при отклонении лица от среднестатистического вида. Это показывает, что в передней нижневисочной коре хранится эталон «среднего лица», с которым сравниваются все лица, видимые обезьяной.
Доктор Леопольд говорит: «Увидев новое лицо, обезьяна мысленно сравнивает его с уже имеющимся средним образом, а затем выделяет различия. Это проясняет вопрос, как мозгу удается столь быстро и без видимых усилий, за какие-то сотни миллисекунд, узнавать лицо».
Психологические исследования на людях позволяют предположить, что человек для узнавания лиц пользуется такой же или близкой стратегией. Так ли это на самом деле, должны показать эксперименты с томографической и электродной регистрацией активности мозга.
