كيف يتعرف الدماغ على الوجوه

بقلم كينفيل شيخ، تم نشر المقال بموافقة مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل وشبكة أورت إسرائيل 26.09.2017

لقد تطور العقل البشري ليصبح قادرًا على التعرف على العديد من الوجوه المختلفة وتذكرها. نحن قادرون على التعرف على ملامح وجه صديق على الفور من بين عشرات الأشخاص في مطعم مزدحم أو في شارع مزدحم. كما تكفينا نظرة سريعة لنحدد ما إذا كان الشخص متحمسًا أم غاضبًا، سعيدًا أم حزينًا.

كشفت دراسات تصوير الدماغ أن بعض المناطق، بحجم حبة التوت، في الفص الصدغي، المنطقة الواقعة تحت الصدغين، تختص بردود الفعل على الوجوه. يطلق العلماء على هذه المناطق اسم "مناطق الوجه"، ولكن فحوصات الدماغ والدراسات السريرية التي أجريت على الأشخاص الذين لديهم أقطاب كهربائية مزروعة لم تكن قادرة على شرح كيفية عمل الخلايا في هذه المناطق بالضبط.

الآن، وبفضل مزيج من تصوير الدماغ وتسجيلات الخلايا العصبية المفردة في قرود المكاك، يبدو أن العوامل البيولوجية دوريس تساو نجحت وزملاؤها في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك) في فك الشفرة العصبية للتعرف على الوجه لدى الرئيسيات. ووجد الباحثون أن معدل إطلاق كل خلية في مخططات الوجه يتوافق مع سمة وجه منفصلة. يمكن ضبط هذه الخلايا بدقة، مثل مجموعة من الأقراص، للرد على أجزاء صغيرة من المعلومات، ثم دمج تلك المعلومات بطرق مختلفة لإنشاء صورة لكل وجه يواجهه الحيوان. يقول تساو: "لقد كان الأمر مذهلاً". "يمكن التنبؤ بقيم كل قرص لدرجة أننا قادرون على إعادة بناء الوجه الذي يراه القرد ببساطة عن طريق تسجيل النشاط الكهربائي في خلايا التعرف على الوجه."

وقد قدمت الدراسات السابقة بالفعل أدلة حول خصوصية مناطق الدماغ هذه في تشفير الوجوه. في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، عندما كانت تساو زميلة ما بعد الدكتوراه في كلية الطب بجامعة هارفارد، كانت هي وأخصائية الفيزيولوجيا الكهربية وينريش فريوالد وأظهروا أن الخلايا العصبية في مناطق وجه القردة تنشط كلما رأى الحيوان صورا لوجوه. وأظهرت الخلايا نفسها نشاطًا ضئيلًا - أو عدم الاستجابة على الإطلاق - لأشياء أخرى، مثل صور الخضروات أو أجهزة الراديو أو أجزاء الجسم غير الوجوه. اقترحت تجارب أخرى أن الخلايا العصبية الموجودة في هذه المناطق يمكنها أيضًا التمييز بين الوجوه، حتى عندما يتم رسم الوجوه بشكل محدد.

وفي مجموعة شهيرة من التجارب التي أجريت عام 2005 على البشر، اكتشف عالم الأعصاب ذلك رودريجو كيان كيروجا أن صور الممثلة السينمائية جنيفر أنيستون قامت بتنشيط خلية دماغية واحدة في منطقة الحصين (والتي سميت فيما بعد "الخلية العصبية لجنيفر أنيستون"). ووفقا لكيان كيروجا، الذي يعمل الآن في جامعة ليستر في إنجلترا ولم يشارك في الدراسة الحالية، كانت الفرضية هي أن عملية مماثلة تحدث في أماكن أخرى في الفص الجانبي، والتفسير الشائع هو أن كل خلية عصبية في مناطق الوجه حساسة لعدد قليل من الأشخاص المحددين. ولكن وفقا لبحث تساو الجديد، يبدو أن هذا الاعتقاد خاطئ. يقول كيان كيروجا: "لقد أظهرت أن الخلايا العصبية في مناطق الوجه لا تقوم بتشفير أشخاص محددين على الإطلاق، بل فقط ملامح معينة للوجه". "إنه يغير فهمنا تمامًا لكيفية التعرف على الوجوه."

ولفك رموز كيفية قيام الخلايا العصبية بمهمة التعرف هذه، أنتج تساو وزميله ستيفن لي تشانغ، بعد الدكتوراه، 2,000 صورة لوجه الإنسان مع تغييرات في 50 من ميزات الوجه، بما في ذلك استدارة الوجه، ومسافة العين، ولون الجلد وملمسه. وعرضوا هذه الصور على قردين، بينما سجلوا النشاط الكهربائي في خلايا عصبية واحدة في ثلاث مناطق منفصلة من الوجه.

ووجد الباحثون أن كل خلية عصبية استجابت لحرف واحد فقط. وفقا لتشانغ، بدلا من تشفير الوجوه الفردية، مثل الخلية العصبية لجينيفر أنيستون في الحصين، قامت الخلايا العصبية في مناطق الوجه بتقسيم الصور إلى مناطق أصغر وترميز ميزات وجه محددة، مثل عرض خط الشعر. كما قامت الخلايا العصبية في مناطق الوجه المختلفة بمعالجة معلومات إضافية. كما هو الحال مع العاملين في المصنع، فإن الأجزاء المختلفة من الوجه لها أدوار مختلفة، وهي تتعاون وتتواصل مع بعضها البعض وتعتمد على بعضها البعض لإنشاء الصورة الكاملة.

بمجرد أن فهم تشانغ وتساو كيفية حدوث تقسيم العمل هذا، أصبحا قادرين على التنبؤ باستجابات الخلايا العصبية لوجه جديد تمامًا. لقد طوروا نموذجًا رياضيًا يتم فيه تشفير ملامح الوجه بواسطة خلايا عصبية مختلفة، ثم أظهروا للقردة صورة لوجه لم تظهر من قبل (1). وباستخدام الخوارزمية للتنبؤ باستجابات الخلايا العصبية، تمكن الباحثون من إعادة إنتاج الوجوه التي رأتها القردة رقميا (2). يقول تساو: "كانت عمليات إعادة البناء دقيقة بشكل لا يصدق". في الواقع، كان من الصعب جدًا تمييزها عن الصور التي شاهدتها القرود بالفعل.

ووفقا لتيساو، فإن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن الباحثين اضطروا إلى الاعتماد على عدد صغير نسبيا من الخلايا العصبية لإعادة إنتاج الوجوه التي شاهدتها القردة بدقة. كانت الخوارزمية راضية عن السجلات من 205 خلية فقط - 106 في قطعة واحدة و99 في قطعة أخرى. "إنه يوضح حقًا مدى ضغط وكفاءة هذه الشفرة العصبية القائمة على الأحرف." قد يفسر هذا أيضًا سبب تفوق الرئيسيات في التعرف على الوجه، وكيف يمكننا التعرف على وجوه مليارات الأشخاص المختلفين دون الحاجة إلى عدد مماثل من خلايا الوجه.

نتائج البحوث، نشرت مؤخرا في مجلة الخلية، تم تزويد العلماء بنموذج شامل ومنتظم لكيفية إدراك الدماغ للوجوه. ووفقا للباحثين، فإن آلية الدماغ هذه لدى البشر تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في القرود، ولدينا أيضًا مناطق في الوجه تستجيب مثل مناطقهم، كما يتضح من دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI). ومع ذلك، فإن عدد مناطق الوجه لدى البشر قد يكون مختلفا.

بالنسبة الى أدريان نيستور، عالم أعصاب في جامعة تورنتو يدرس نعومة الوجه لدى البشر ولم يشارك في الدراسة الحالية، فإن فهم كود الدماغ للتعرف على الوجه يمكن أن يساعد العلماء على فحص كيفية استخدام خلايا الوجه لمعلومات تعريف إضافية، مثل الجنس والعمر والعمر. العرق والإشارات العاطفية والأسماء. يمكن أن يكون هذا الفهم بمثابة إطار لفهم كيفية معالجة الدماغ للأشكال التي ليست وجوهًا. ويوضح نيستور أنه "في النهاية، هذا اللغز لا يتعلق بالوجوه فقط. ونأمل أن يشمل هذا الكود العصبي أيضًا التعرف على الأشياء بشكل عام."

لمزيد من القراءة