科学家通过 AI 破译老鼠面部表情 看IT (≖ ◡ ≖)就上ITTOP.CN

IT智能 admin 6个月前 (04-18) 34次浏览 0个评论 扫描二维码

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据外媒报道,人类有着多种多样的情绪,并可以通过面部肌肉和器官移动完美表达出来。事实上,这种情感表达能力并非人类所独有,美国研究人员发现老鼠也有喜怒哀乐。

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美国加州理工学院的研究人员使用机器学习算法,成功破译了实验室中的老鼠看似难以理解的面部表情,这项工作可能会对精确定位人类大脑中编码特定表情的神经元产生巨大影响。

加州理工学院神经学家大卫·安德森(David Anderson)说,他们的研究“迈出了非常重要的第一步”,帮助揭开情绪的神秘面纱,以及它们在大脑中是如何体现的。

大约150年前,著名生物学家查尔斯·达尔文(Charles Darwin)提出,动物的面部表情可能如人类一般,这些表情提供了了解它们情绪的窗口。但研究人员直到近年才获得工具,如强大的显微镜、摄像头以及基因技术等,以精确捕捉和分析面部运动,并调查情绪是如何在大脑中产生的。

领导这项为期三年研究的德国Max Planck神经生物学研究所的神经科学家纳丁·格古拉(Nadine Gogolla)说:“我们人类有着丰富的情感状态,这让我十分着迷。我想看看,我们是否能从动物研究中了解这些状态是如何在大脑中出现的。”

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图2:研究发现,老鼠也有着与人类相似的情绪,包括喜悦和愤怒等,并可以通过面部表达出来

格古拉的灵感来自于安德森与加州理工学院教授拉尔夫·阿道夫斯(Ralph Adolphs)共同撰写的细胞论文。在这项研究中,他们认为,情绪等“大脑状态”可能会表现出特殊的特征。例如,它们应该是持久的,在唤起它们的刺激消失后,它们应该可以持续一段时间。此外,情绪可能随着刺激的力度加大而表达得更加激烈。

格古拉的团队先固定老鼠的头部,让它们保持静止,然后提供不同的感官刺激来触发特定的情绪,并拍摄下它们的面部。举例来说,研究人员将甜味或苦味的液体放在老鼠的嘴唇上,以唤起愉悦或厌恶的情绪。他们还对老鼠的尾巴进行适当程度的电击,或者给它们注射氯化锂以诱导不适的感觉。

科学家们知道,老鼠可以通过移动耳朵、脸颊、鼻子和眼睛上部来改变自己的表情,但他们无法可靠地将这些表情与特定的情绪相匹配。因此,当老鼠对不同的刺激做出反应时,研究人员将老鼠面部肌肉运动的视频分解成超短快照。

AI算法识别特定脸部肌肉群运动产生的不同表情。这些表情与被唤起的情绪状态相关,如愉悦、厌恶或恐惧。例如,感觉愉悦的老鼠会将鼻子朝下拉向嘴巴,耳朵和下巴向前拉。相比之下,当它感受到疼痛时,会将耳朵向后拉,鼓起脸颊,有时还会眯起眼睛。

老鼠的这些面部表情具有安德森和阿道夫斯提出的特征,比如它们可以持续很久,并且强度与受到刺激的强度密切相关。瑞士日内瓦大学研究神经精神障碍的卡米拉·贝隆(Camilla Bellone)说:“这种识别面部表情的方式有很大优势,因为它可以避免研究人员施加的任何偏见。”

之后,科学家们寻找可能在大脑中编码这些情绪的脑细胞。利用一种名为光遗传学的技术,他们瞄准了小鼠的单个神经元回路,这些回路已经被证明在人类和其他动物中可以触发特定的情绪。当研究人员直接刺激这些回路时,老鼠会表现出相应的面部表情。

最后,研究人员还使用了名为双光子钙成像的技术,来识别老鼠大脑中仅在特定情绪和特定面部表情被唤起时才会激活的单个神经元。格古拉推测:“它们可能代表了大脑中情绪编码的一部分。我们认为情感编码可能在进化上是保守的,因此人类和老鼠的编码可能有很多共同的特征。”

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