текст
Узнаю вас в гриме!
Однажды я встретила на улице парня и закричала: «Я вас помню, вы выступали на сайнс-слэме!» Он удивился, но я удивилась еще больше: слэм был давным-давно, я сидела далеко от сцены, а внешность у парня была совсем обычная. За реакцию мне до сих пор немного неловко, но своей FFA я горжусь.
Сборная солянка из знаменитостей. Узнаете, где кто?
Любопытно, что на наше собственное лицо мозг будет реагировать, даже если мы сами этого не осознаем, – это тоже доказано в ходе эксперимента, который провели нейрофизиологи из Польши. Почему у них вообще возникла такая идея, ведь себя-то мы, кажется, узнаем в любом случае? Ученые хотели проследить, как мозг обрабатывает стимулы, не достигающие сознания, а собственное лицо – один из сильнейших стимулов для «компьютера» в нашей голове. В исследовании участвовали 18 человек. Их просили следить за крестиком в центре монитора, ни на что не отвлекаясь, а тем временем по разные стороны от этого крестика с разной скоростью демонстрировались лица: то свое, то чье-то незнакомое, то вообще не лицо, а «маска» – изображение, на котором все черты перепутаны. Узнать на нем хоть что-нибудь было нереально – а именно в виде маски участникам иногда показывали их собственные портреты. Активность их мозга все это время измерялась с помощью ЭЭГ. Она показала, что мозг активно реагировал на лицо своего хозяина, даже если оно тщательно спрятано под «маской», а сам хозяин даже не знает, что видит краем глаза свое изображение.
А что если человек никогда не видел лиц, потому что слеп от рождения? Чем будут заняты те зоны его мозга, которые у обычного человека отвечают за распознавание людей? Оказывается, тем же самым. Ведь незрячие люди все-таки создают свое представление о мире, пусть и другим способом. Одно из новых исследований нейробиологов из Массачусетского университета подтвердило, что та самая fusiform face area у слепых людей так же вспыхивает активностью, когда они трогают объемные лица, будто они по-настоящему их видят. При этом связь веретенообразной извилины с другими зонами мозга, обычно участвующими в обработке зрительной информации, так же сильна. Это значит, что не все определяется опытом – наш мозг заранее «настроен» для его восприятия. Поэтому, если слепому человеку повезет обрести зрение в результате операции, он быстро «догонит» изначально зрячих по реакции на лица – это доказали уже индийские ученые в ходе исследования незрячих подростков, которым восстановили зрение.
Но если система распознавания в нашей голове так совершенна и даже самообучаема, то почему у кого-то отличная память на лица, а кто-то не узнает одноклассников уже через пару лет после выпускного? Причины могут быть разные. Например, структурные различия в мозге – грубо говоря, у кого-то замыкает «проводок» между FFA и, например, амигдалой. Возможно, имеют значение когнитивные способности в целом: если память в принципе не натренирована, то с чего бы ей подолгу хранить разные второстепенные лица? Иногда имеет значение, насколько человек умеет сопереживать или насколько он спокоен в данный момент. Эмпатичные люди узнают других людей быстрее и запоминают лица на более долгий срок. А людям тревожным это удается хуже – видимо, потому что у них хватает внутренних забот. Есть также гипотеза, что наша способность к распознаванию и запоминанию лиц зависит еще и от типа личности. В 2010 году группа китайских ученых – Цзингуан Ли (Jingguang Li) и коллеги – в ходе эксперимента установила, что экстраверты распознают лица лучше, чем интроверты. Правда, для исследователей осталось неясным, что от чего зависит. Возможно, люди становятся экстравертами именно потому, что лучше распознают лица. А может, интроверты просто не успевают отточить свои навыки распознавания, потому что реже общаются с людьми.
Нельзя переоценить важность исследований человеческого мозга для медицины, но новые данные о нашей биологической системе распознавания лиц незаменимы еще и при разработке ее технических аналогов. И, несмотря на то, что наш мозг может не узнать хорошего знакомого в темноте, с новой прической или после потери нескольких килограммов, компьютерным алгоритмам до человеческих извилин еще далеко.
FFA – это fusiform face area (FFA), веретенообразная извилина в нижней части височной доли головного мозга. В 2004 году Гэлит Йовэл (Galit Yovel) и Нэнси Канвишер (Nancy Kanwisher) из Массачусетского технологического института доказали, что благодаря конкретно ей мы узнаем людей – и родных, и друзей, и тех, кого просто часто видим в маршрутке. Для этого провели эксперимент с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии: пока добровольцы рассматривали картинки с лицами и домиками, исследователи наблюдали за активностью их мозга. Fusiform area активизировалась, когда человек смотрел именно на лица.
Веретенообразная извилина – относительно новый для нейробиологов объект изучения: ее впервые описали только в 1992 году (это сделала та же Нэнси Канвишер). И до сих пор ученые не уверены, что именно распознавание лиц – ее главная функция. Предполагается, что FFA отвечает за узнавание любых знакомых стимулов. А по части человеческих лиц у нее обнаружены «сотрудники» – другие области мозга, которые формируют целую сеть по обработке всей информации, помогающей нам узнавать человека. Ведь иногда лица «вне контекста» недостаточно, чтобы опознать кого-то. И наоборот: обстановка, окружение, одежда заставляют видеть знакомые черты в том, кого ты встречаешь впервые в жизни. Возможно, нарушение связи между этими «зонами узнавания» и вызывает у людей прозопагнозию – расстройство восприятия лица, при котором человек узнает предметы, но не людей, даже если это его близкие.
При прозопагнозии человек не узнает людей. pixabay.com
Те же части мозга участвуют в процессах распознавания лиц даже у новорожденных. Статью об этом опубликовали в 2019 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences представители Принстонского университета. Испытуемыми стали десять малышей, которым было не более четырех суток от роду. Им показывали простые схемки, которые иногда походили на человеческие лица, а активность мозга ученые фиксировали с помощью электроэнцефалографии. И оказалось: даже нечто, лишь отдаленно напоминающее лицо, новорожденный мозг, который и к родителям-то еще не привык, распознает «взрослым» способом, с помощью тех же отделов.
А вот маску из фильма «Крик» он увидит в схематичном изображении лишь через несколько лет – если у него проявится парейдолия: способность увидеть человеческое лица в чем-то неодушевленном (узоре на обоях, горном рельефе и т. д.).
Вы тоже видите лицо на поверхности Марса? На самом деле, так просто легли тени, а всe остальное додумал наш мозг! Фото: Viking 1, NASA. nasa.gov
Этот перец рад вас видеть! greenarea.me
Кстати, способность точно распознавать лица развивается примерно к шести годам. Еще через четыре года формируется «взрослое» – целостное восприятие лица. У маленьких детей все немного по-другому: их мозг использует «фрагментарную» стратегию, воспринимает лицо по частям. Поэтому, если показать дошкольнику и его родителю перевернутое лицо общего знакомого, ребенок узнает его быстрее, чем взрослый.
Взрослые узнают лица в перевернутом виде медленнее, чем дети
Как вообще мы узнаем чье-то лицо? Электрический сигнал, поступающий в мозг от глаз, обрабатывается отделами зрительной коры. За то, чтобы проанализировать его и переформатировать в какие-то понятные образы, отвечает примерно сотня отдельных нейронов из тех зон, что активизируются при распознавании лиц, – это выяснили в 2017 году биологи из Калифорнийского Технологического института. Вся эта сотня не работает одновременно – определенные нейроны активизируются при обработке определенных черт и не реагируют на другие. Результатом будет сумма сигналов от всех этих нейронов. Как подсчитали ученые из Массачусетского университета (среди них и Нэнси Канвишер, которая в 1992 году описала FFA), в первые 70 мс мозг определяет пол и возраст, еще 30 мс уходит на распознавание уникальных черт – роста, формы носа и т. п. И только в финале процесса мозг понимает, кто перед нами – просто прохожий или член семьи. Если человек все-таки знаком, весь процесс идет чуть быстрее.
Иллюстрация: CATHERINE the-scientist.com
Есть мнение, что для нейронов наше лицо представляет собой подобие штрих-кода (о нем вы еще прочтете в этом номере на с. 58). Стивен Дакин (Steven Dakin) из Института офтальмологии Университетского колледжа Лондона считает, что для идентификации человека нашему мозгу достаточно всего нескольких горизонтальных линий, которые образуются бровями, глазами и губами. И лучше всего эти линии воспринимаются в целостном контексте: мы можем узнать знаменитость только по выдающимся бровям, но сделаем это быстрее, если есть все лицо, пусть даже и сильно размытое. А вот если к бровям подставить нос от другой «звезды», а рот от третьей, узнать всех троих будет совсем сложно. При этом нашу биологическую систему распознавания лиц не смущает искажение пропорций – если «растянуть» или «пережать» изображение знакомого лица, мы наверняка его узнаем. Компьютер в таких случаях ошибается гораздо чаще. Возможно, именно благодаря таким «настройкам» наш мозг узнает людей с разных углов зрения или на карикатурах – с непропорциональными физиономиями и ненатуральными эмоциями. А движение лица даже ускоряет распознавание, потому что помогает мозгу точнее выявить структуру.Веретенообразная извилина – относительно новый для нейробиологов объект изучения: ее впервые описали только в 1992 году (это сделала та же Нэнси Канвишер). И до сих пор ученые не уверены, что именно распознавание лиц – ее главная функция. Предполагается, что FFA отвечает за узнавание любых знакомых стимулов. А по части человеческих лиц у нее обнаружены «сотрудники» – другие области мозга, которые формируют целую сеть по обработке всей информации, помогающей нам узнавать человека. Ведь иногда лица «вне контекста» недостаточно, чтобы опознать кого-то. И наоборот: обстановка, окружение, одежда заставляют видеть знакомые черты в том, кого ты встречаешь впервые в жизни. Возможно, нарушение связи между этими «зонами узнавания» и вызывает у людей прозопагнозию – расстройство восприятия лица, при котором человек узнает предметы, но не людей, даже если это его близкие.
При прозопагнозии человек не узнает людей. pixabay.com
Те же части мозга участвуют в процессах распознавания лиц даже у новорожденных. Статью об этом опубликовали в 2019 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences представители Принстонского университета. Испытуемыми стали десять малышей, которым было не более четырех суток от роду. Им показывали простые схемки, которые иногда походили на человеческие лица, а активность мозга ученые фиксировали с помощью электроэнцефалографии. И оказалось: даже нечто, лишь отдаленно напоминающее лицо, новорожденный мозг, который и к родителям-то еще не привык, распознает «взрослым» способом, с помощью тех же отделов.
А вот маску из фильма «Крик» он увидит в схематичном изображении лишь через несколько лет – если у него проявится парейдолия: способность увидеть человеческое лица в чем-то неодушевленном (узоре на обоях, горном рельефе и т. д.).
Вы тоже видите лицо на поверхности Марса? На самом деле, так просто легли тени, а всe остальное додумал наш мозг! Фото: Viking 1, NASA. nasa.gov
Этот перец рад вас видеть! greenarea.me
Кстати, способность точно распознавать лица развивается примерно к шести годам. Еще через четыре года формируется «взрослое» – целостное восприятие лица. У маленьких детей все немного по-другому: их мозг использует «фрагментарную» стратегию, воспринимает лицо по частям. Поэтому, если показать дошкольнику и его родителю перевернутое лицо общего знакомого, ребенок узнает его быстрее, чем взрослый.
Взрослые узнают лица в перевернутом виде медленнее, чем дети
Как вообще мы узнаем чье-то лицо? Электрический сигнал, поступающий в мозг от глаз, обрабатывается отделами зрительной коры. За то, чтобы проанализировать его и переформатировать в какие-то понятные образы, отвечает примерно сотня отдельных нейронов из тех зон, что активизируются при распознавании лиц, – это выяснили в 2017 году биологи из Калифорнийского Технологического института. Вся эта сотня не работает одновременно – определенные нейроны активизируются при обработке определенных черт и не реагируют на другие. Результатом будет сумма сигналов от всех этих нейронов. Как подсчитали ученые из Массачусетского университета (среди них и Нэнси Канвишер, которая в 1992 году описала FFA), в первые 70 мс мозг определяет пол и возраст, еще 30 мс уходит на распознавание уникальных черт – роста, формы носа и т. п. И только в финале процесса мозг понимает, кто перед нами – просто прохожий или член семьи. Если человек все-таки знаком, весь процесс идет чуть быстрее.
Иллюстрация: CATHERINE the-scientist.com
Любопытно, что на наше собственное лицо мозг будет реагировать, даже если мы сами этого не осознаем, – это тоже доказано в ходе эксперимента, который провели нейрофизиологи из Польши. Почему у них вообще возникла такая идея, ведь себя-то мы, кажется, узнаем в любом случае? Ученые хотели проследить, как мозг обрабатывает стимулы, не достигающие сознания, а собственное лицо – один из сильнейших стимулов для «компьютера» в нашей голове. В исследовании участвовали 18 человек. Их просили следить за крестиком в центре монитора, ни на что не отвлекаясь, а тем временем по разные стороны от этого крестика с разной скоростью демонстрировались лица: то свое, то чье-то незнакомое, то вообще не лицо, а «маска» – изображение, на котором все черты перепутаны. Узнать на нем хоть что-нибудь было нереально – а именно в виде маски участникам иногда показывали их собственные портреты. Активность их мозга все это время измерялась с помощью ЭЭГ. Она показала, что мозг активно реагировал на лицо своего хозяина, даже если оно тщательно спрятано под «маской», а сам хозяин даже не знает, что видит краем глаза свое изображение.
А что если человек никогда не видел лиц, потому что слеп от рождения? Чем будут заняты те зоны его мозга, которые у обычного человека отвечают за распознавание людей? Оказывается, тем же самым. Ведь незрячие люди все-таки создают свое представление о мире, пусть и другим способом. Одно из новых исследований нейробиологов из Массачусетского университета подтвердило, что та самая fusiform face area у слепых людей так же вспыхивает активностью, когда они трогают объемные лица, будто они по-настоящему их видят. При этом связь веретенообразной извилины с другими зонами мозга, обычно участвующими в обработке зрительной информации, так же сильна. Это значит, что не все определяется опытом – наш мозг заранее «настроен» для его восприятия. Поэтому, если слепому человеку повезет обрести зрение в результате операции, он быстро «догонит» изначально зрячих по реакции на лица – это доказали уже индийские ученые в ходе исследования незрячих подростков, которым восстановили зрение.
Но если система распознавания в нашей голове так совершенна и даже самообучаема, то почему у кого-то отличная память на лица, а кто-то не узнает одноклассников уже через пару лет после выпускного? Причины могут быть разные. Например, структурные различия в мозге – грубо говоря, у кого-то замыкает «проводок» между FFA и, например, амигдалой. Возможно, имеют значение когнитивные способности в целом: если память в принципе не натренирована, то с чего бы ей подолгу хранить разные второстепенные лица? Иногда имеет значение, насколько человек умеет сопереживать или насколько он спокоен в данный момент. Эмпатичные люди узнают других людей быстрее и запоминают лица на более долгий срок. А людям тревожным это удается хуже – видимо, потому что у них хватает внутренних забот. Есть также гипотеза, что наша способность к распознаванию и запоминанию лиц зависит еще и от типа личности. В 2010 году группа китайских ученых – Цзингуан Ли (Jingguang Li) и коллеги – в ходе эксперимента установила, что экстраверты распознают лица лучше, чем интроверты. Правда, для исследователей осталось неясным, что от чего зависит. Возможно, люди становятся экстравертами именно потому, что лучше распознают лица. А может, интроверты просто не успевают отточить свои навыки распознавания, потому что реже общаются с людьми.
Нельзя переоценить важность исследований человеческого мозга для медицины, но новые данные о нашей биологической системе распознавания лиц незаменимы еще и при разработке ее технических аналогов. И, несмотря на то, что наш мозг может не узнать хорошего знакомого в темноте, с новой прической или после потери нескольких килограммов, компьютерным алгоритмам до человеческих извилин еще далеко.
Наука
Юлия Александрова
Машины и Механизмы
Всего 0 комментариев
Учебная матрица: как развиваются VR-технологии 
Мир «живого света»
Все грани: Даниил Гранин
Игры разума
