Gördüğümüz Yüzleri Nasıl Kaydediyoruz?

Araştırmacılar Beynin Yüz Tanıma Kodunu Çözüyor 

 Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünden bir ekip, beynin elektriksel aktiviteleriyle ne görüyor olduğunu tekrar yaratarak yüzleri nasıl tanıdığımızı deşifre etti.

Beyinlerimiz, yüzleri teşhis etmek ve hatırlamak üzere evrimleşmiştir. Çocukken ilk öğrendiğimiz şeylerden biri, etrafımızdakilerin yüzlerine bakmak, göz temasına karşılık  vermek ve yüz ifadelerini taklit etmekti. Yetişkin olduğumuzda ise bu, insanların yüzlerini diğer görsel uyarıcılara nazaran daha iyi ve daha hızlı ayırt etme yeteneğine dönüştü. Kalabalık bir restorantta veya bir şehrin caddesinde herhangi bir arkadaşımızın yüzünü, düzinelerce insan arasında anında tespit edebiliyor ve sadece bir bakışla heyecanlı mı kızgın mı, mutlu mu veya mutsuz mu olduklarını seçebiliyoruz.

Yüzleri kolaylıkla ayırt edebiliyor olmak, altta yatan bilişsel karmaşıklığı maskeliyor. Gözler, burun, ağız, suratlarda aynı ilgili yerlerinde, hatta onları farklı açılardan- loş ışıkta, hatta  ve hatta hareket halindeyken bile tanımlayabiliyoruz. Beyin görüntüleme çalışmaları, şakağın altındaki bölge olan, yaban mersini büyüklüğündeki temporal lobda yüzlere tepki vermekte uzmanlaşmış bir çok küçük alanda evrimleştiğimizi ortaya çıkardı. Nörobilim uzmanları bu alanlara “face patches” (yüz tamamlayıcılar) adını veriyor. Ancak beyin taramalarından- fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme- elde edilen data veya elektrodlar yerleştirilmiş hastalara ait klinik araştırmaları, bu yüz tamamlayıcılarındaki (face patch) hücrelerin nasıl çalıştığını açıklayamadı.

Şimdi, beyin görüntüleme ve tek nöron kaydı alma tekniklerinin birleştirilmesiyle, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden biyolog Doris Tsao ve meslekdaşları, makak maymunlarında yüz tanıma ile ilgili nöral kodu çözdü. Araştırmacıların bulgularına göre, her bir yüz hücresinin ateşlenme oranı, bir eksen boyunca farklı yüz özelliklerine karşılık gelmekte. Bir dizi numara tuşlamak gibi, hücreler, her olası yüz görüntüsünü yaratmak için birlikte bağlantı kurabildikleri bilgi bölümleriyle hassas ayarlamalar yapıyorlar. Tsao, “Bu insanın aklını başından alan birşeydi” diyor. “Her bir tuşlamadaki değerler o kadar tahmin edilebilir ki, bir maymunun gördüğü yüzü sadece onun yüz hücrelerindeki (primatın yüz tanımada uzmanlaşmış olan nöronlarındaki) elektriksel aktiviteyi takip ederek yeniden oluşturabiliriz.

Daha önceki çalışmalar, yüzleri hedef alırken, bu beyin bölgelerinin özgünlüğü ile ilgili ipuçlarını hissettiriyordu. 2000’lerin başlarında Tsao ve birlikte çalıştığı elektrofizyolojist Winrich Freiwald, Harvard Tıp Okulu’nda doktora sonrası, maymunların bir slayt gösterisinde çeşitli objeler ve insan yüzlerine bakarken açığa çıkan intrakraniyal (baş içi) kayıtlarını elde ettiler. Ekranda ne zaman aniden bir yüz belirse, “orta” yüz tamamlayıcıdaki (face patch) nöronlar, elektriksel aktivite ile tutuşuyordu. Diğer nesnelere (sebze görüntüleri, radyo görseli gibi) ve hatta vücuda ait başka bölümlere karşı tepkiler genelde yok gibiydi.

Başka araştırmalar da, bu bölgedeki nöronların bireylerin yüzleri ve hatta yüzlerin karikatür çizimleri arasında ayrım yapabildiğini gösterdi. Nörolog Rodrigo Quian Quiroga, insan deneklerde, hipokampuste oyuncu Jennifer Aniston’un resimlerinin tek bir nöronda bir karşılık oluşturduğunu tespit etti. Bu şekilde, Hale Berry, The Beatles üyeleri ya da Simpsons Ailesinin üyelerinin görüntüleri de ayrı nöronları aktive ediyordu.

Halen İngiltere’deki Leicester Üniversitesinde bulunan ancak çalışmada yer almayan Quiroga, “Araştırmacılar arasında yaygın teori şu ki, yüz tamamlayıcılardaki her bir nöron, az sayıdaki belirli kişiye duyarlı” diyor.  Ancak, Tsao’nun en son çalışmaları, bilim insanlarının yanılabileceğini ileri sürmekte. Quiroga “Tsao bize gösterdi ki, yüz tamamlayıcılarındaki nöronlar, belirli insanları kodlamıyor, belli başlı özellikleri kodluyor” diye de ekliyor.

Bu, yüzleri nasıl tanıdığımız ile ilgili anlayışımızı tamamıyla değiştirdi.

Münferit hücrelerin yüzleri tanımaya nasıl yardımcı olduğunu deşifre edebilmek için, Tsao ve doktora sonrası araştırmacısı olan Steven Le Chang, bir grup yüzün etrafına noktalar çizdi ve 50 farklı özellik üzerinden varyasyonlar hesapladı. Daha sonra bu bilgiyi, yüz yuvarlaklığı, göz mesafesi, cilt rengi ve yapısı dahil, şekil ve görünümde farklılaşan 2000 değişik yüz imgesi yaratmak için kullandılar. Daha sonra araştırmacılar 3 ayrı yüz tamamlayıcıdaki münferit nöronların elektriksel aktivitesini kaydederken, bu imgeleri maymunlara gösterdi. Bir maymuna gösterilen 8 gerçek yüz görüntüsü, maymun yüzlere bakarken kaydedilen 205 nöronun elektriksel aktivitesinin analiz edilmesiyle yapılan canlandırım ile çelişmektedir. Doris Tsao

Her bir nöron için önemli olan şey, tek bir özellik ekseniydi. Değişik yüzlere bakarken bile, mesela, alındaki saç hizasının genişliğine karşı duyarlı olan nöron bu özellikteki değişik varyasyonlara karşılık veriyordu. Eğer yüzler aynı saç hizası ama farklı büyüklükte burunlara sahipse, saç hizasına karşılık gelen nöron sessiz kalıyordu diyor Chang. Araştırmalar, önceki geçerli olan, münferit nöronların niçin tamamıyla farklı insanları tanıyor gözüktüğü teorisindeki ihtilaflı meseleyi açıklığa kavuşturuyor.

Dahası, farklı yüz tamamlayıcılarda bulunan nöronlar, birbirini tamamlayan bilgileri proses ettiler. Bir çeşit yüz tamamlayıcıda (face patch) bulunan hücreler – ön orta tamamlayıcı– gözler veya saç çizgisi gibi, yüz çehresi ile ilgili bilgiyi proses etti. Diğer tamamlayıcılardaki hücreler – orta yan ve orta fundus bölgeleri–  göz veya dudak çevresi gibi, şekillerle alakalı bilgileri işleme aldı. Çeşitli yüz tamamlayıcılar, fabrika işçileri gibi, işbirliği yaparak, iletişime geçerek ve birbirlerinin üzerine eklemeler koyarak, yüz kimliğinin eksiksiz bir görüntüsünü temin edebilmek için farklı görevlerde bulundular.

Chang ve Tsao, “fabrika işçileri” arasındaki iş bölümünün nasıl gerçekleştiğini anlar anlamaz, nöronların tamamıyla yeni bir yüze vereceği karşılık konusunda da öngörü oluşturabildiler. İkili, özellik eksenlerinin farklı nöronlar tarafından kodlanmış olduğu bir model geliştirdi. Daha sonra maymunlara yeni bir insan yüzü fotoğrafı gösterdiler. Ayrışık nöronların nasıl cevap vereceğine ilişkin bu modellerinden hareketle, araştırmacılar maymunun bakmakta olduğu yüzü tekrar yaratabildiler. Tsao, “Bu yeniden yaratımlar şaşırtıcı derecede doğruydu” diyor. Aslında maymunlara gösterilen gerçek fotoğraflardan neredeyse ayırt edilemiyorlardı.

Tsao’ya göre, daha da çarpıcı olan, maymunların gördüğü yüzleri algoritmanın doğru bir şekilde canlandırması için sadece küçük bir dizi nöronun yorumlanmasının gerekiyor olmasıydı. Yanlızca bir tamamlayıcıda 205 -106 hücre ve başka bir tamamlayıcıda da 99 hücrenin kaydı yeterliydi. Tsao, “Bu gerçekten, hücre bazlı nöral kodun ne kadar kompakt ve etkili olduğuna değinen bir durum” diye ekliyor. Bu aynı zamanda, primatların neden yüz tanımada bu kadar iyi olduğunu ve bizlerin nasıl oluyor da potansiyel olarak milyarlarca farklı insanı eşit sayıda çok yüz hücresine ihtiyaç duymadan tanıyabileceğimizi açıklayabilir.

1 Haziran’da Cell’de yayınlanan bu bulgular, bilim insanlarına yüzlerin beyinde nasıl algılandığına dair kapsamlı ve sistematik bir model temin etmektedir. Araştırmaya katılmayan ve Toronto Üniversitesi’nde insan denekler üzerinde yüz tamamlayıcıları konusunda araştırmalar yapan nörolog Adrian Nestor, bu modelin gelecekteki incelemeler için ilginç yollar açtığından bahsediyor. Ayrıca, beyindeki yüz kodlama sistemini anlamak, bilim uzmanlarının yüz hücrelerinin cinsiyet, ırk, duygusal ipuçları ve tanıdık simaların isimleri gibi diğer tanımlayıcı bilgileri nasıl kapsamış olduğunu araştırmalarına yardımcı olabilir. Hatta, yüz dışındaki başka şekillerin beyinde nasıl proses edildiğini deşifre edebilmek adına bize bir çerçeve de sunabilir.

Nestor, “Sonuç olarak, bu bulmaca sadece yüzlerle ilgili değil.” diyor. “Bu nöral kodun bir bütün olarak nesne tanımaya kadar yayıldığını ümit ediyoruz.”

Çeviren : Sena ERKAN
https://www.scientificamerican.com/article/how-we-save-face-researchers-crack-the-brains-facial-recognition-code/

Check Also

Geri Dönüşü Olmayan İnsan Ruhunun Ölümsüz Yolculuğu