算法读取你的思想来解释大脑的脸

朋友,家人,同事,acquaintances-how大脑过程和识别的无数面孔我们看到每一天吗?加州理工学院的一项新研究显示,大脑使用一个简单的和优雅的机制来表示人脸的身份。调查结果显示在不远的将来,监测大脑活动会导致重建一个人看到的东西。

多丽丝的工作是在实验室完成曹(BS 96),生物学教授领导的椅子和天桥和克里希陈中心主任系统神经科学,和霍华德休斯医学研究所霍华德·休斯医学研究所的研究员。有一篇描述这项研究发表在6月1日出版的《细胞》杂志上。

中央见解的新工作,尽管存在无限的可能面临不同,我们的大脑只需要大约200个神经元唯一编码任何的脸,每个神经元编码特定的维度,或轴,面部的变化。一样,红、蓝、绿光组合以不同的方式来创建所有可能的颜色光谱,这200个神经元可以以不同的方式组合编码当每一个可能的频谱脸称为空间。

这些神经元编码方面的骨骼形状的脸上,眼睛之间的距离,发际线的形状,或脸的宽度。别人面对独立的编码特性的形状,如肤色、肌肉组织,或眼睛的颜色和头发。此外,神经元的反应这些特性的强度成正比;例如,一个神经元可能显示其强大的反应很大inter-eye距离,中间响应inter-eye平均距离和最小响应小inter-eye距离。然而,单一神经元不映射到特定的值得注意的特性。而不是每个神经元编码一个更抽象的“脸空间方向”,它结合了不同的基本特征。通过测量一个脸躺在每一个不同的方向,然后大脑可以感知的身份的脸。

“这项新研究是经过近二十年的研究试图破解代码面部的身份,”陶说。“这是非常令人兴奋的,因为我们的研究结果表明,该代码实际上是非常简单的。”

2003年,曹和她的合作者发现,某些地区灵长类动物大脑中最活跃当猴子看的脸。研究人员称这些地区面临补丁;内的神经元,它们叫做面临细胞。研究在过去的十年中有显示不同的细胞在这些补丁应对不同的面部特征。例如,一些细胞只应对面临与眼睛而其他人只应对面临的头发。

”,但这些结果不满意,因为我们只观察一个影子的每个细胞是什么真正的编码的脸,”陶说。“例如,我们将改变眼睛的形状在一个卡通脸和发现一些细胞会对这种变化敏感。但细胞可能对许多其他变化,我们没有测试。现在,通过描述细胞的选择性面临来自现实的面对空间,我们已经发现了现实的完整代码面部的身份。”

两个决定性的证据证明科学家已经破解了脸部标识的完整代码。首先,一旦他们知道轴编码的每一个细胞,研究人员可以开发一个算法,可以从神经反应解码额外的面孔。换句话说,他们可以展示一只猴子一个新面孔,测量面部细胞的电活动在大脑中,并重新创建的脸,猴子看到精度高。

第二,研究人员推断,如果每个细胞确实是负责编码只有一个轴在面对空间中,每个细胞都应该完全相同的方式回应无限的脸看起来非常不同,但都有相同的投影在这个细胞的首选轴。事实上,曹和Le,博士后学者论文在细胞和第一作者,发现这是真的。

“在线性代数中,您将了解,如果你50维向量空间投射到一维子空间,这个映射49-dimensional零空间,”陶说。“我们很吃惊,在大脑的视觉系统,神经元实际上是做简单的线性代数。每个单元就是在人脸空间太空50维向量投影到一维子空间。这的确是一个启示,每个细胞有49-dimensional零空间;这完全颠覆了长期以来认为单面细胞编码特定的面部特征。相反,我们发现,这些细胞是漂亮的简单线性投影的机器。”

“我们的结果可以表明新机器学习算法识别人脸和提供新的任务来训练网络,”张补充道。“这给了我们一个了解对象的模型一般是编码在一个大的大脑区域。我们也可以想象在法医学应用程序可以重建面对犯罪通过分析证人的大脑活动。”

参考:
Chang l和曹,d . (2017)。面部身份灵长类动物大脑的代码。细胞,169 (6),pp.1013 - 1028. - e14灯头。

本文从提供的材料已经再版加州理工学院。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。