Gezichten in de Hersenen: The Discovery of a Neuronal Subpopulation Selective for Face Recognition | Kamila Moslem

Elke dag zien we anderen en/of hebben we interactie met anderen; dit kan een voorbijganger zijn, een familielid thuis, of een collegezaal vol met studenten. Deze interactie, ongeacht het scenario, is sterk afhankelijk van ons vermogen om gezichten te herkennen. Gezichtsherkenning kan van cruciaal belang zijn voor overleving bij niet-menselijke primaten (Boysen en Berntson, 1989; Nelson, 2001). De neurale basisschakelingen die deze schijnbaar eenvoudige taak mogelijk maken, zijn echter niet uitvoerig beschreven. Een eerste onderzoek naar dit fenomeen identificeerde de temporale kwab als een belangrijk gebied voor gezichtsherkenning, doordat neuronale activiteit positief selectief is voor gezichtsstimuli (Perrett et al., 1979). Een tweede onderzoek, dat zich richtte op de visuele eigenschappen van neuronen, identificeerde eveneens dat de temporale kwab neuronen bevat die reageren op gezichten. Deze neuronen waren echter polysensorisch, en vertoonden activiteit in de aanwezigheid van gezichten naast algemene opwindende en aversieve stimuli (Bruce et al., 1981).

Perrett en collega’s (1982) geven de eerste beschrijving van werkelijk gezichtselectieve neuronen in de hersenen van primaten. Het werk is belangrijk voor onderzoekers omdat het een uitvoerig verslag is over de plaats en het aantal van sterk gezichtselectieve cellen. De publicatie heeft ook waarde voor onderwijzers als een voorbeeld van een paper dat kan onderwijzen in meerdere disciplines, zoals cognitie, perceptie en onderzoeksontwerp klassen.

Perrett et al. (1982) richtten hun onderzoek op het identificeren van de locatie en het aantal neuronen in de temporale kwab die sterk selectief zijn voor gezicht en gezichtskenmerk stimuli. De onderzoekers identificeerden een subpopulatie van neuronen die sterk selectief zijn voor gezichten en gelaatstrekken in de superieure temporale sulcus (STS) van rhesusapen. Hun werk legde de basis voor het begrijpen van de neurale basis van gezichtsherkenning.

De onderzoekers voerden extracellulaire neuronale opnamen uit in resusapen van de STS, waarbij in totaal 497 neuronen werden getest op reacties op gezichtsstimuli. Figuur 2 van het artikel laat zien dat 48 van de 497 neuronen tot tien maal meer geactiveerd reageerden op gezichten en stimuli met gelaatstrekken in vergelijking met stimuli zonder gelaatstrekken. De 48 neuronen met dit respons profiel werden gecategoriseerd als gezicht selectieve neuronen en bleken excitatoire activering en responstijden te hebben die overeenkwamen met de duur van de presentatie van de gezichtsstimuli.

Figuur 5 presenteert de eerste lijn van bewijs die suggereert dat de 48 neuronen specifiek gezichtskenmerk en gehele gezicht selectief waren. Dit werd eerst aangegeven door hun zwakke reacties op geometrische (hoog contrast beelden van roosters, balken en stippen) en drie-dimensionale stimuli. Wanneer deze neuronen gezichtsstimuli voorgeschoteld kregen, waren hun vonkreacties tien keer sterker in vergelijking met hun reacties op andere beelden. Eens de neuronen geïdentificeerd waren als gezichtsresponsieve neuronen, werden andere modaliteiten van zintuiglijke informatie getest. De reden hiervoor is dat eerder beschreven gezichtsresponsieve neuronen vonkactiviteit vertoonden wanneer ze werden gepresenteerd met verschillende opwindende en aversieve stimuli (Bruce et al., 1981). Zowel auditieve als tactiele opwindende en aversieve stimuli werden getest, en galvanische huidresponsen (GSRs) en opnames van enkele eenheden werden gecontroleerd. Auditieve stimuli van menselijke stemmen en tactiele stimuli van het aanraken van het been resulteerden in grote GSRs, wat suggereert dat de proefpersonen sterk reageerden op de stimuli. De neuronale responsen van de 48 neuronen waren echter zeer zwak tijdens de presentatie van deze stimuli en kwamen niet overeen met het niveau van activatie dat optrad bij gezichtsstimuli. Over het geheel genomen, de zwakke reacties op opwindende en aversieve stimuli in het gezicht reageren neuronen suggereerde dat deze stimuli niet sterk bijdraagt aan de reacties gezien in de aanwezigheid van gezicht stimuli. Daarom figuur 5 is significant omdat het benadrukt dat een subpopulatie van neuronen zijn sterk selectief voor visuele stimuli van gezichten en gelaatstrekken, maar tonen weinig of geen reactie op andere stimuli. Dit type van zeer selectieve respons op gezichten was nog niet eerder beschreven in hersenneuronen.

De onderzoekers onderzochten vervolgens hoe transformatie van gelaatstrekken het vuren van deze neuronen moduleerde. Eerst onderzocht de groep de rol van kleur. Zij ontdekten dat de neuronen op dezelfde manier reageerden op gezichten, ongeacht of de gezichten zwart-wit of in kleur waren. Dit suggereerde dat gezichtskenmerkdetectie in deze neuronen grotendeels onafhankelijk was van kleur. Ten tweede namen de neuronale responsen niet af wanneer de afstand tot de gezichtsstimulus (20 cm – 2 m) en de oriëntatie van de gezichtsstimulus werden veranderd.

Intrigerend is dat figuur 8 laat zien hoe de neuronen reageerden op veranderingen in het profiel van gezichten, d.w.z. van een volledig gezicht bij 0° tot een zijprofiel bij 90°. Een maximale respons werd gezien bij een full-face (0°) presentatie. Echter, als het profiel begon te draaien naar zijwaarts profiel (90°), zelfs zo weinig als tien graden, was er een duidelijke vermindering in neuronale respons. Dit suggereert dat deze neuronen zijn afgestemd om maximaal te vuren in reactie op volledige frontale aanzichten van gezichten. De volgende transformatie die werd onderzocht was gelaatstrekken. De hamvraag was of deze neuronen alleen reageren op hele gezichten of dat er specifieke gelaatstrekken zijn die hen prikkelen. Een reeks van gezichtsstimuli werden gepresenteerd met verschillende gezichtskenmerken verborgen uit het zicht. Over het algemeen bleef de meerderheid van de neuronen reageren met normale of zeer licht verminderde reacties. Voor sommige neuronen werd echter een afname van de respons gezien wanneer bepaalde gelaatstrekken werden verborgen. Figuur 9 toont bijvoorbeeld dat de ogen voor een klein aantal neuronen van cruciaal belang leken om dezelfde reacties te reproduceren die met het hele gezicht werden gezien. Perrett en collega’s ontdekten dat 35 van de 48 gezichtselectieve neuronen een voorkeur vertoonden voor bepaalde gelaatstrekken, en dat zonder die gelaatstrekken de reacties zwakker waren dan bij de stimulus van het hele gezicht.

In het onderzoek werd geconcludeerd dat de individuele reacties van de gezichtselectieve neuronen op gezichtsstimuli niet verklaard konden worden door opwinding of aversieve stimuli. Bovendien is het interessant op te merken dat de meerderheid van de neuronen die werden geïdentificeerd hun activiteit veranderden in reactie op specifieke transformaties van de gezichtsstimuli. Zowel profielveranderingen als verhulling van gelaatstrekken konden de respons van een subpopulatie van deze neuronen verminderen.

Kritisch genoeg was deze publicatie de eerste uiteenzetting van een subpopulatie van neuronen die sterk selectief zijn, en dus afgestemd op visuele stimuli van gehele gezichten en gelaatstrekken. Het is daarom een fundamenteel artikel dat vele nieuwe onderzoeksgebieden heeft gelanceerd. Deze omvatten onderzoek naar de selectiviteit van neuronale responsen op gelaatstrekken zoals blikrichting, sociale signalen en persoonsperceptie bij primaten (Perrett et al., 1990; Perrett et al., 1992; Macrae et al., 2002). Bovendien lag dit artikel aan de basis van de ontdekking dat gezichtselectieve cellen een geconserveerd fenomeen zijn dat gedeeld wordt tussen mensen en niet-menselijke primaten (Hoffman en Haxby, 2000; Haxby et al., 2002).

Ten slotte legden Perrett en collega’s een verband tussen hun neurofysiologische ontdekkingen en de neurologische aandoening prosopagnosie, of gezichtsblindheid. Prosopagnosia-patiënten zijn niet in staat mensen te identificeren bij het zien van hun gezicht, maar kunnen nog wel voorwerpen herkennen. De stoornis wordt in verband gebracht met disfunctie in het inferieure occipito-temporale gebied (Meadows, 1974). Perrett en collega’s stelden de hypothese dat de STS, die gezichtselectieve neuronen bevat, vitale informatie kan verschaffen aan de occipito-temporale regio, en dat disfunctie in ofwel de STS of de verbinding tussen de twee regio’s gezichtsherkenning en -identificatie kan schaden. Dit verhoogt de waarde van dit artikel voor het onderwijs, omdat het een platform biedt voor de bespreking van een unieke neurologische aandoening, en het benadrukt hoe fenomenen ontdekt met diermodellen inzicht kunnen verschaffen in specifieke neurologische aandoeningen.

Laat een antwoord achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.