Model neuronové sítě poskytuje vhled do poruchy autismu

Skupina výzkumníků z Univerzity Tohoku 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 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 vizuální informace mimických výrazů,” řekl Takahashi.

“Také není jasné, co se mění v tomto procesu, což vede 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 předpovědní chybu.

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

Dalším krokem bylo samoorganizovat shluky emocí do vyššího neuronového prostoru modelu. Současně model nevěděl, jaká emoce odpovídala mimickému výrazu ve videu.

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

Obrázek: Yuta Takahashi a kol.

Tým výzkumníků poté indukoval abnormality v aktivitách neuronů během experimentů, což poskytlo vhled do účinků na vývoj učení a kognitivní charakteristiky. Experimenty prokázaly, že schopnost zobecnění se snížila v modelu, kde byla heterogenita aktivity v neuronové populaci snížena. To naznačilo, že formování emocionálních shluků ve vyšších neuronech bylo inhibováno, a vedlo to k tomu, že neuronový model 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 dále prohloubíme naše porozumění procesu, kterým lidé učí rozpoznávat emoce a kognitivní charakteristiky lidí s poruchou autismu,” řekl Takahashi. “Studie pomůže rozvinout vhodné intervenční metody pro lidi, kteří mají potíže s identifikací emocí.”