Az arcfelismerés agyi mechanizmusai

Illusztráció: Profimedia

Az MTA Természettudományi Kutatóközpont új Agyi Képalkotó Központjának kutatói kimutatták, hogy bizonyos agyterületek közötti nyugalmi kapcsolatok erőssége jól előrejelzi az arcképek feldolgozásának hatékonyságát. Mára tudományos igazolást nyert, hogy egy kis nyugalom nem csak jólesik, de kifejezetten hasznos is. Ez annak köszönhető, hogy agyunk nyugalmi állapotban sem tétlenkedik. Az aktív, különböző feladatok megoldásával eltöltött időszakot követő nyugalmi állapotban az agy rendszerezi a beérkezett információt és mérlegeli, hogy mi rögzüljön az emlékezetünkben. Mindezt automatikusan teszi, nem érezzük, hogy részünkről ez erőfeszítést lenne.

Beszédes nyugalmi állapot
Napjainkra többféle módszer áll a kutatók rendelkezésére, amivel a nyugalmi állapotban meglévő alapaktivitás vizsgálható. Ezek közül a legígéretesebbnek a funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) bizonyult. Ennek segítségével mérhető, hogy a specifikus funkciók (pl. látás, tapintás, figyelem) ellátásáért felelős agyi hálózatokon belül milyen összhang van az egyes területek aktivitása között, amit szakmai berkekben a hálózatokon belüli funkcionális konnektivitásnak hívnak.

Kiderült ugyanis, hogy az agyi hálózatokon belüli nyugalmi funkcionális konnektivitás erőssége alapján megjósolható, hogy a feladat során milyen hatékonyan látja el az adott hálózat a funkcióját. Például abból, hogy valakinek milyen a vizuális figyelem összpontosításáért felelős, úgynevezett fronto-parietális figyelmi hálózaton belüli funkcionális konnektivitás erőssége, egész pontosan megjósolható, hogy milyen gyorsan tudná észrevenni ismerősét a peronon várakozó tömegben. Az is kiderült, hogy a nyugalmi állapotban mért agyi funkcionális konnektivitás miért a különböző neuro-pszichiátriai betegségekben (pl. szkizofrénia, autizmus, demencia) sérül, és a károsodás mértéke megjósolja a betegség súlyosságát.

Bemutatkozik az Agyi Képalkotó Központ
Az agyi nyugalmi funkcionális konnektivitás mérésével sikerült kiemelkedő új tudományos eredményeket elérniük magyar kutatóknak is az MTA Természettudományi Kutatóközpont új Agyi Képalkotó Központjában. A Vidnyánszky Zoltán irányításával folyó fMRI-kutatásokban az emberi arcészlelés agyi hátterét képező funkcionális hálózatot vizsgálták egészséges, fiatal önkénteseken. Az arcok kiemelkedően fontos szerepet töltenek be a társas életünkben, hiszen az arcokról rengeteg, a társas élethez elengedhetetlen információ olvasható le. Például az arcokon fellelhető információk alapján képesek vagyunk felismerni ismerőseinket, megállapíthatjuk egy ismeretlen ember korát, nemét, de arckifejezése alapján az érzelmi állapotáról is tájékozódhatunk. Ennek megfelelően az arcok agyunkban is kiemelt reprezentációval bírnak. A különböző arctulajdonságok – az időben állandó, azaz invariáns tulajdonságok, mint a személyazonosság vagy a nem, illetve az időben változó tulajdonságok, mint például az arckifejezés vagy a tekintet iránya – az agy különböző területein reprezentálódnak.

A legújabb kutatások arra is rámutatnak, hogy a rendkívül gyors és hatékony arcfeldolgozás hátterében különleges agyi mechanizmusok és hálózatok állnak, nem mindenki tudja megfelelő hatékonysággal feldolgozni az arcinformációt. Felmérések szerint, az emberek 2-2,5 százalékának jelent problémát az arcok felismerése (pl. a veleszületett prozopagnózia), és érdekes módon a legtöbb esetben maguk az érintettek erről nem is tudnak. „Mindezek alapján az az izgalmas kérdés merült fel bennünk, hogy vajon az arcfeldolgozásért felelős agyi hálózatban mért nyugalmi funkcionális konnektivitás alapján meg lehet-e jósolni, hogy kinek milyen jó az arcfeldolgozása” – emlékszik vissza a rangos The Journal of Neuroscience hasábjain megjelent közlemény első szerzője, Hermann Petra.

Váratlan segítség elrontott arcok felismeréséhez
Hermann Petra és kutatótársai vizsgálatukban az arcfeldolgozást különösen nagy próbatétel elé állították, ugyanis a kísérlet során olyan arcokat kellett megkülönböztetni, amelyek képei szándékosan el voltak rontva, megnehezítve ezzel azok feldolgozását. Korábbi eredmények alapján ismert volt, hogy az emberi agy rendkívül hatékonyan és látszólag erőfeszítés nélkül képes arcokat felismerni ideális körülmények között. Problémát jelent viszont, ha az arcok nehezen felismerhetőek, és érdekes, hogy pont ez jelenti a legnagyobb feladatot a mesterséges látórendszerekben működő algoritmusok számára is.

Az eredmények azt mutatták, hogy az elmosódott, nehezen kivehető arcképek esetén az agy a fő arcfeldolgozó régió (fusiform arcterület, FFA) mellett egy olyan agyterületet (lateralis occipitalis kéreg, LOC) hív segítségül a feldolgozási folyamat során, ami a részletes, aprólékos tárgyfeldolgozásban játszik kritikus szerepet. Mint ahogy azt a kutatásuk fő eredménye mutatja, az ezen agyi területek közötti nyugalmi funkcionális konnektivitás egyéni erőssége jól előrejelzi azt, hogy mennyire lesz hatékony az elmosódott arcképek feldolgozása. Kutatásaik a nyugalmi funkcionális kapcsolatok jellemzésével egy új megközelítési lehetőséget vetnek fel az arcfeldolgozás hatékonyságában kimutatható egyéni különbségek vizsgálatában, továbbá fontos szerepet játszhatnak az arcészlelés fejlesztésére irányuló tréningprogramok kidolgozásában is.