Tendenze scientifiche: Immagini di volti umani accuratamente ricreati monitorando l’attività delle cellule cerebrali nelle scimmie

Usando l’imaging a risonanza magnetica funzionale (fMRI) e registrazioni elettrofisiologiche i ricercatori hanno cercato di costruire un modello chiaro delle cellule selettive per i volti quale metodo per decodificare un volto casuale e realistico a partire dalle risposte delle cellule del volto. Essi erano anche interessati a scoprire se fosse possibile prevedere l’attivazione delle cellule in risposta alla presentazione di un’immagine di un volto.

Determinare in che modo le cellule del cervello computano immagini riconoscibili nella corteccia visiva superiore è stato uno dei primi passi del studio. Un lavoro precedente effettuato dalla professoressa Doris Tsao del Caltech (California Institute of Technology), e colleghi, aveva utilizzato il fMRI per identificare gruppi di cellule specializzate che sono attive quando alle persone vengono mostrate immagini di un volto. I neuroni, che il team ha chiamato “cellule del volto”, si trovano in sei aree nella corteccia temporale inferiore (IT). Queste vengono da loro chiamate “chiazze del volto”.

Per prima cosa i ricercatori hanno localizzato sei chiazze del volto in due scimmie, usando il fMRI, presentando una serie di stimoli con riconoscimento di volti contenente immagini di volti e oggetti diversi da un volto. Alcune chiazze venivano quindi prese di mira per le registrazioni elettrofisiologiche. Allo scopo di interpretare l’attività, il team ha messo insieme 50 differenti dimensioni che compongono un volto riconoscibile usando parametri quali: distanza tra gli occhi, ampiezza dell’attaccatura dei capelli, in aggiunta a caratteristiche non basate sulla forma come ad esempio la tonalità della pelle.

Il team ha quindi mostrato agli animali le fotografie di 2 000 volti e ha monitorato la conseguente attività in 205 neuroni nelle chiazze del volto. I loro risultati sono pubblicati nella rivista “Cell” in un articolo intitolato “The Code for Facial Identity in the Primate Brain”. Presentando le scoperte, il “New Scientist” cita la prof.ssa Tsao: “Noi abbiamo trovato la chiave del codice del cervello per l’identità del volto.”

La prof.ssa Tsao spiega che anche se esiste un numero infinito di volti, essi possono essere descritti usando solo 50 dimensioni, “Lo possiamo paragonare alle immagini generate dal computer, se non fosse che è nei nostri cervelli.” La ricerca suggerisce che circa 200 neuroni codificano ciascuna caratteristica differente di un volto. Ma quando vengono tutte messe insieme, le informazioni offerte da ogni cellula nervosa consentono al cervello del macaco di sviluppare un’immagine chiara del volto di qualcuno. Utilizzando un algoritmo i ricercatori sono stati in grado di ricreare i volti che le scimmie avevano visto nelle fotografie. Quando l’immagine iniziale veniva collocata vicino alla ricostruzione, esse erano quasi identiche. Appena 106 cellule in una chiazza e 99 in un’altra erano sufficienti per ricreare accuratamente il volto.

“Questo è stato per noi sbalorditivo, dato che avevamo sempre pensato che le cellule del volto fossero più complesse. Ma alla fine è risultato che ogni cellula del volto sta solo misurando la distanza lungo un singolo asse dello spazio del volto, e non si cura di altre caratteristiche,” ha detto la prof.ssa Tsao citata dalla BBC. Le strette parentele tra i primati suggeriscono che un meccanismo simile potrebbe essere all’opera nel cervello umano. L’autore principale dello studio, Steve Le Chang, suggerisce che questo lavoro potrebbe indicare che altri oggetti potrebbero essere codificati con simili sistemi di coordinate semplici.