Используя модель нейронной сети, воспроизводящую мозг на компьютере, группа исследователей из Университета Тохоку выяснила, как это происходит.
Журнал Scientific Reports опубликовал результаты 26 июля 2021 года.
"Люди распознают различные эмоции, такие как грусть и гнев, по выражению лица.
Однако мало что известно о том, как мы приходим к распознаванию различных эмоций на основе визуальной информации о выражениях лица ", – сказал соавтор статьи Юта Такахаши.
"Также неясно, какие изменения происходят в этом процессе, что приводит к тому, что люди с расстройством аутистического спектра изо всех сил пытаются читать выражения лиц."
Исследовательская группа использовала теорию предсказательной обработки, чтобы помочь понять больше. Согласно этой теории, мозг постоянно предсказывает следующий сенсорный стимул и адаптируется, когда его предсказание неверно.
Сенсорная информация, такая как выражение лица, помогает уменьшить ошибку прогноза.
Модель искусственной нейронной сети включала теорию прогнозирующей обработки и воспроизводила процесс развития, научившись предсказывать, как части лица будут двигаться в видеороликах с выражением лица.
После этого кластеры эмоций были самоорганизованы в нейронное пространство более высокого уровня модели нейронной сети – при этом модель не знала, какой эмоции соответствует выражение лица в видео.
Модель может обобщать неизвестные выражения лица, не указанные в обучении, воспроизводить движения лицевой части и минимизировать ошибки прогнозирования.
После этого исследователи провели эксперименты и вызвали аномалии в деятельности нейронов, чтобы изучить их влияние на развитие обучения и когнитивные характеристики. В модели, где неоднородность активности в нейронной популяции была уменьшена, способность к обобщению также уменьшилась; таким образом, образование эмоциональных кластеров в нейронах более высокого уровня было подавлено.
Это привело к тенденции не распознавать эмоции неизвестных выражений лица, аналогичный симптом расстройства аутистического спектра.
По словам Такахаши, исследование прояснило, что теория предсказательной обработки может объяснить распознавание эмоций по выражениям лица с помощью модели нейронной сети.
«Мы надеемся углубить наше понимание процесса, с помощью которого люди учатся распознавать эмоции и когнитивные характеристики людей с расстройством аутистического спектра», – добавил Такахаши. «Исследование поможет продвинуться в разработке соответствующих методов вмешательства для людей, которым трудно определять эмоции."