Arcok az agyban: The Discovery of a Neuronal Subpopulation Selective for Face Recognition | Kamila Moslem

Minden nap látunk és/vagy érintkezünk másokkal; ez lehet egy arra járó idegen, egy családtag otthon vagy egy diákokkal teli előadóterem. Ez az interakció, bármilyen forgatókönyvről legyen is szó, nagyban függ az arcfelismerő képességünktől. Az arcfelismerés kritikus lehet a túlélés szempontjából a főemlősöknél (Boysen és Berntson, 1989; Nelson, 2001). Azonban az alapvető neurális áramkörök, amelyek ezt a látszólag egyszerű feladatot lehetővé teszik, nincsenek átfogóan leírva. A jelenségről szóló első beszámoló a halántéklebenyt az arcfelismerés fontos területeként azonosította, mivel a neuronális aktivitás pozitívan szelektív az arcingerekre (Perrett és mtsai., 1979). Továbbá egy második vizsgálat, amely a neuronok vizuális tulajdonságaira összpontosított, szintén a halántéklebenyben azonosította az arcokra reagáló neuronokat. Ezek a neuronok azonban poliszenzorosak voltak, és az általános izgató és averzív ingerek mellett arcok jelenlétében is aktivitást mutattak (Bruce és mtsai., 1981).

Perrett és munkatársai (1982) adnak először számot a főemlősök agyában található valóban arcszelektív neuronokról. A munka azért fontos a kutatók számára, mert átfogó beszámolót ad az erősen arcszelektív sejtek elhelyezkedéséről és számáról. A publikáció a pedagógusok számára is értékes, mivel egy olyan dolgozat példája, amely több tudományágban, például a megismerés, az észlelés és a kutatástervezés órákon is oktathat.

Perrett és munkatársai (1982) vizsgálatukban a halántéklebenyben található, az arc- és arcvonás ingerekre erősen szelektív neuronok helyének és számának azonosítására összpontosítottak. A kutatók a rhesusmajmok felső temporális sulcusában (STS) azonosították az arcokra és arcvonásokra erősen szelektív neuronok alpopulációját. Munkájuk megalapozta az arcfelismerés neurális alapjainak megértését.

A kutatók extracelluláris neuronális felvételeket végeztek rhesusmajmokban az STS-ből, összesen 497 neuron arcingerekre adott válaszát vizsgálva. A tanulmány 2. ábráján látható, hogy a 497 neuronból 48 akár tízszer nagyobb aktivációval reagált az arcokra és az arcvonás ingerekre, mint a nem-arc ingerekre. Az ilyen válaszprofillal rendelkező 48 neuront arcszelektív neuronoknak minősítettük, és kimutattuk, hogy gerjesztő aktivációjuk és válaszidejük megegyezett az arcingerek bemutatásának időtartamával.

Az 5. ábra bemutatja az első bizonyítékot, amely arra utal, hogy a 48 neuron kifejezetten arcvonás- és teljes arcszelektív volt. Ezt először is az alapvető geometriai (rácsok, sávok és pontok nagy kontrasztú képei) és háromdimenziós ingerekre adott gyenge válaszaik jelezték. Amikor ezeknek a neuronoknak arcingereket mutattak be, tüzelési válaszaik tízszer erősebbek voltak a többi képre adott válaszaikhoz képest. Miután a neuronokat arcreakcióra reagálónak azonosították, az érzékszervi információk más modalitásait is tesztelték. Ennek oka, hogy a korábban leírt, arcra reagáló neuronok tüzelési aktivitást mutattak, amikor különböző izgató és averzív ingereket mutattak be (Bruce és mtsai., 1981). Mind az auditív, mind a taktilis arousing és aversive ingereket teszteltük, és a galvanikus bőrválaszokat (GSR) és a single unit felvételeket figyeltük. Az emberi hangok hallható ingerek és a láb megérintésének tapintható ingerek nagy GSR-eket eredményeztek, ami arra utal, hogy az alanyok erősen reagáltak az ingerekre. A 48 neuron neuronválaszai azonban nagyon gyengék voltak ezen ingerek bemutatása során, és nem feleltek meg az aktiváció szintjének, amely az arc ingereknél jelentkezett. Összességében az arcra reagáló neuronok gyenge válaszai az arousing és averzív ingerekre azt sugallták, hogy ezek az ingerek nem járultak hozzá erősen az arc ingerek jelenlétében észlelt válaszokhoz. Ezért az 5. ábra azért jelentős, mert rávilágít arra, hogy a neuronok egy alpopulációja erősen szelektív az arcok és arcvonások vizuális ingerére, de más ingerekre nem vagy csak kevés választ mutat. Az arcokra adott ilyen típusú, erősen szelektív választ korábban nem írták le agyi neuronoknál.

A kutatók ezután azt vizsgálták, hogy az arcvonások átalakulása hogyan modulálja ezen neuronok tüzelését. Először a csoport a szín szerepét vizsgálta. Azt találták, hogy a neuronok hasonlóan reagáltak az arcokra, függetlenül attól, hogy az arcok fekete-fehérek vagy színesek voltak. Ez azt sugallta, hogy az arcvonások észlelése ezekben a neuronokban nagyrészt független a színtől. Másodszor, a neuronválaszok nem csökkentek, amikor az arcingerek távolsága (20 cm – 2 m) és az arcingerek orientációja változott.

A 8. ábra érdekes módon bemutatja, hogy a neuronok hogyan reagáltak az arcok profiljának változására, azaz a 0°-os teljes arctól a 90°-os oldalprofilig. A maximális válasz a teljes arc (0°) megjelenítésénél volt megfigyelhető. Ahogy azonban a profil az oldalprofil (90°) felé kezdett elfordulni, akár csak tíz fokban is, a neuronválasz jelentősen csökkent. Ez azt sugallta, hogy ezek a neuronok úgy vannak beállítva, hogy az arcok teljes frontális nézetére maximálisan tüzeljenek. A következő vizsgált transzformáció az arcvonások voltak. A fő kérdés az volt, hogy ezek a neuronok csak a teljes arcokra reagálnak-e, vagy vannak olyan specifikus arcvonások, amelyek gerjesztik őket? Egy sor olyan arcstimulust mutattak be, amelyeken különböző arcvonások voltak elrejtve. Összességében a neuronok többsége továbbra is normális vagy nagyon enyhén csökkentett válaszokkal reagált. Néhány neuron esetében azonban a válasz csökkenését tapasztalták, amikor bizonyos arcvonásokat elrejtettek. A 9. ábra például azt mutatja, hogy a szemek kis számú neuron számára kritikusnak tűntek ahhoz, hogy a teljes arc esetében látott válaszokat reprodukálják. Perrett és munkatársai azt találták, hogy a 48 arcszelektív neuronból 35 mutatott preferenciát bizonyos arcvonásokkal szemben, és e vonások jelenléte nélkül a válaszok gyengébbek voltak, mint a teljes arc ingerével.

A vizsgálat arra a következtetésre jutott, hogy az arcszelektív neuronok arcingerekre adott egyéni válaszai nem magyarázhatók arousal vagy averzív ingerekkel. Érdekes továbbá, hogy az azonosított neuronok többsége az arcingerek specifikus transzformációira reagálva változtatta meg aktivitását. Mind a profilváltozások, mind az arcvonások elrejtése csökkenthette ezen neuronok egy alpopulációjának válaszát.

Kritikusan ez a publikáció volt az első beszámoló a neuronok egy olyan alpopulációjáról, amely erősen szelektív, és ezért teljes arcok és arcvonások vizuális ingereire hangolt. Ezért ez egy olyan alapmű, amely számos új kutatási területet indított el. Ezek közé tartozik az olyan arcvonásokra adott neuronválaszok szelektivitásának kutatása, mint a tekintet iránya, a szociális jelek és a személy észlelése főemlősökön belül (Perrett et al., 1990; Perrett et al., 1992; Macrae et al., 2002). Továbbá ez a tanulmány volt az alapja annak a felfedezésnek, hogy az arcszelektív sejtek az ember és a főemlősök között közös, konzervált jelenségek (Hoffman és Haxby, 2000; Haxby et al., 2002).

Végül Perrett és munkatársai kapcsolatot teremtettek neurofiziológiai felfedezéseik és a prosopagnosia, vagyis az arcvakság neurológiai rendellenessége között. A prosopagnóziában szenvedők képtelenek azonosítani az embereket, ha az arcukat nézik, de a tárgyakat még felismerik. A rendellenesség az alsó occipito-temporális régió diszfunkciójához kapcsolódik (Meadows, 1974). Perrett és munkatársai feltételezték, hogy az arcszelektív neuronokat tartalmazó STS létfontosságú információkat szolgáltathat az alsó occipito-temporális régiónak, és hogy akár az STS, akár a két régió közötti kapcsolat diszfunkciója károsíthatja az arcfelismerést és -azonosítást. Ez növeli a tanulmány értékét a tanítás szempontjából, mivel platformot biztosít egy egyedülálló neurológiai rendellenesség megvitatásához, és rávilágít arra, hogy az állatmodellekkel felfedezett jelenségek hogyan nyújthatnak betekintést konkrét neurológiai rendellenességekbe.

Leave a Reply

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.