Model neuronové sítě poskytuje vhled do poruchy autismu

Skupina výzkumníků z Tohoku University použila model neuronové sítě, který reprodukuje mozek na počítači, aby získala vhled do toho, proč lidé s poruchou autismu mají potíže s interpretací mimických výrazů.

Výzkum byl zveřejněn v časopise Scientific Reports dne 26. července 2021.

Rozpoznávání různých emocí

Yuta Takahashi je spoluautor článku.

“Lidé rozpoznávají různé emoce, jako je smutek a hněv, pohledem na mimické výrazy. Avšak málo se ví o tom, jak dochází k rozpoznávání různých emocí na základě vizuálních informací z mimických výrazů,” řekl Takahashi.

“Není také jasné, jaké změny nastávají v tomto procesu, které vedou k tomu, že lidé s poruchou autismu mají potíže s čtením mimických výrazů,” pokračoval Takahashi.

Teorie prediktivního zpracování

Výzkumná skupina se opírala o teorii prediktivního zpracování, která říká, že mozek neustále předpovídá následující senzorický stimul. Když předpověď není správná, mozek se přizpůsobí a senzorické informace, jako jsou mimické výrazy, pomáhají snížit chybu předpovědi.

Umělý model neuronové sítě vyvinutý týmem používá teorii prediktivního zpracování a byl schopen reprodukovat vývojový proces. To provedl tím, že se naučil předpovídat, jak se budou pohybovat části obličeje ve videích mimických výrazů.

Dalším krokem bylo samoorganizování klastrů emocí v higher-level neuronovém prostoru modelu neuronové sítě. Současně model nevěděl, jakou emoci odpovídá mimický výraz ve videu.

Model byl také schopen zobecnit neznámé mimické výrazy, které nebyly uvedeny ve výcviku, a reprodukovat pohyby částí obličeje při minimalizaci chyb předpovědi.

Image: Yuta Takahashi, et al

Tým výzkumníků poté indukoval abnormality v aktivitách neuronů během experimentů, což pomohlo získat vhled do účinků na vývoj učení a kognitivní charakteristiky. Experimenty prokázaly, že schopnost zobecnit se snížila v modelu, kde byla redukována heterogenita aktivity v neuronové populaci. To naznačilo, že formování emocionálních klastrů v higher-level neuronech bylo inhibováno, a vedlo to k tomu, že model neuronové sítě měl tendenci selhat při identifikaci emocí neznámých mimických výrazů, což je také symptom poruchy autismu.

Takahashi říká, že studie naznačuje, že teorie prediktivního zpracování může vysvětlit rozpoznávání emocí z mimických výrazů pomocí modelu neuronové sítě.

“Doufáme, že budeme moci dále prohloubit naše pochopení procesu, kterým lidé učí rozpoznávat emoce a kognitivní charakteristiky lidí s poruchou autismu,” řekl Takahashi. “Studie bude pomáhat rozvíjet vhodné intervenční metody pro lidi, kteří mají potíže s identifikací emocí.”