Rozpoznawanie twarzy ma zasadnicze znaczenie dla naszych interakcji w złożonych społeczeństwach i często uważa się, że jest to umiejętność, która wymaga wyrafinowania dużego ludzkiego mózgu.

Ale nowe dowody, które opublikowaliśmy w Frontiers in Psychology pokazuje, że owady takie jak pszczoła miodna (Apis mellifera) i osa europejska (Vespula zwykła) wykorzystują mechanizmy przetwarzania wizualnego podobne do ludzkich, co umożliwia niezawodne rozpoznawanie twarzy.

Dzieje się tak pomimo niewielkich rozmiarów mózgów owadów. Zawierają mniej niż milion komórek mózgowych w porównaniu z 86,000 XNUMX milionami, z których składa się ludzki mózg.

Zrozumienie, jaki rozmiar mózgu może umożliwić efektywne rozwiązywanie złożonych zadań, jest z pewnością interesujące, ale ma też praktyczne implikacje. Pozwala nam zrozumieć, jak mogły ewoluować duże mózgi i jak myśleć o projektowaniu sztucznej inteligencji (AI), która mogłaby odzwierciedlać wydajność biologicznych mózgów.

Bez wysiłku, ale skomplikowane

Jesteśmy naprawdę dobrzy w rozpoznawaniu znajomych twarzy. Pomyśl o sytuacji spotkania przyjaciela na stacji kolejowej, gdzie przechodzą setki ludzi, poruszających się w różnych kierunkach. Nagle mignięcie znajomej twarzy w oddali oznacza, że ​​znaleźliśmy właściwą osobę.

Wydaje się to łatwe, ale rozwiązania AI często mają trudności z rozpoznawaniem twarzy w złożonych sytuacjach.

Nasze doświadczenie w rozpoznawaniu twarzy opiera się w dużej mierze na „holistycznym przetwarzaniu” – sklejaniu różnych rysów twarzy w celu zapewnienia doskonałego rozpoznania. Uważa się, że jest to wyrafinowany proces poznawczy, który rozwija się wraz z doświadczeniem oglądania twarzy. Kiedy już zapoznamy się z twarzą, różne jej cechy – takie jak oczy, nos, usta i uszy – są przetwarzane razem jako „gestalt” (jednostka, która zawiera wszystkie elementy), aby umożliwić nam niezawodne rozpoznawanie osób.

Co ciekawe, podczas gdy holistyczne przetwarzanie jest zwykle używane do rozpoznawania twarzy, kiedy stajemy się ekspertami w innych zadaniach wizualnych – takich jak bycie sędzią na wystawach psów lub kolekcjonowanie klasycznych samochodów – nasz mózg również wykorzystuje holistyczne przetwarzanie, aby umożliwić lepsze zdolności rozpoznawania również w tych obszarach .

Przetwarzanie holistyczne może zatem być ogólną zasadą rozpoznawania ważnych obiektów. Jest to przydatne szerzej, ponieważ oznacza, że ​​całościowe przetwarzanie może być wartościowe dla opracowania ulepszonych rozwiązań AI, takich jak szybka i dokładna identyfikacja roślin inwazyjnych w szybko rosnących Branża AgTech.

Chcieliśmy dowiedzieć się, jak ogólna zasada przetwarzania holistycznego może być u różnych zwierząt, więc wraz z kolegami przystąpiliśmy do testowania, jak owady mogą rozwiązywać zadania rozpoznawania twarzy.

Przynieś owady

Pszczoła miodna jest zwierzęciem bardzo przystępnym dla zrozumienia przetwarzania wzrokowego. Poszczególne pszczoły można szkolić, aby uczyły się złożonych problemów w zamian za zbieranie słodkiej, słodkiej nagrody. Ostatnio w ten sam sposób opracowaliśmy metody badania os.

Nasze dotychczasowe badania pokazują, że pszczoły miodne i osy może nauczyć się rozpoznawać ludzkie twarze.

Inne dowody – pochodzące z amerykańskiej grupy badawczej – pokazują, że papierowe osy (Polistes fuscatus) może bardzo wiarygodnie poznać twarze innych os papierowych i wydaje się, że wykształciły wyspecjalizowane mechanizmy w mózgu, aby przetwarzanie twarzy osy.

Brakowało zrozumienia, czy miało to miejsce u owadów ze względu na prostą interpretację poszczególnych rysów twarzy, czy z wykorzystaniem bardziej złożonej interpretacji „całego obrazu” – holistycznego przetwarzania twarzy – jak to ma miejsce u ludzi.

Zdecydowaliśmy się przetestować możliwość holistycznego przetwarzania twarzy zarówno u pszczoły miodnej, jak i osy europejskiej, wykorzystując przeszkolone osoby do ukończenia testów ze zmanipulowanymi twarzami.

Testowanie przetwarzania twarzy

Istnieją już dwa bardzo przydatne testy do ustalenia, że ​​ludzie używają holistycznego przetwarzania twarzy: są to efekt częściowy w całościi efekt kompozytowej twarzy.

Połączenia efekt częściowy w całości pokazuje, że gdy cechy twarzy, takie jak oczy, nos lub usta, są postrzegane w oderwaniu, rozpoznanie twarzy jest trudniejsze niż wtedy, gdy te cechy są postrzegane w kontekście całej twarzy.

Połączenia efekt kompozytowej twarzy odnosi się do dużego spadku dokładności wykonania, gdy prawidłowe wewnętrzne cechy twarzy – takie jak oczy, nos i usta – są postrzegane w kontekście nieprawidłowych cech zewnętrznych.

W ludzkim przetwarzaniu znajomych twarzy różne elementy elementarne są sklejane razem w gestalt, aby umożliwić lepszą dokładność rozpoznawania twarzy.

Znam tę twarz

Kiedy zastosowaliśmy te zasady do testowania owadów, zarówno pszczoły, jak i osy były w stanie nauczyć się achromatycznych (czarno-białych) obrazów ludzkich twarzy.

Zarówno pszczoły, jak i osy otrzymały cztery dodatkowe oddzielne testy. Wyniki pokazały, że mimo że te owady nie mają ewolucyjnego powodu przetwarzania ludzkich twarzy, ich mózgi uczą się niezawodnego rozpoznawania poprzez tworzenie holistycznych reprezentacji złożonych obrazów. Zestawiają cechy, aby rozpoznać konkretną ludzką twarz.

Teraz wiemy, że małe mózgi owadów potrafią niezawodnie rozpoznać przynajmniej ograniczoną liczbę twarzy. Sugeruje to, że u ludzi zaletą naszego dużego mózgu może być bardzo duża liczba osób, które pamiętamy.

Te nowe informacje pomagają nam zrozumieć, jak bardzo zaawansowana wiedza na temat przetwarzania twarzy mogła ewoluować u ludzi i innych naczelnych.

Dowody na to, że holistyczne przetwarzanie jest wykorzystywane przez różne zwierzęta w przypadku różnych złożonych problemów wizualnych, sugerują, że może to być przydatne podejście do poszukiwania rozwiązań sztucznej inteligencji do niezawodnego rozpoznawania.

O autorze

Adrian Dyer, profesor nadzwyczajny, Uniwersytet RMIT

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon