Hiirten Kasvoilmeet Analyysiä Tekoälyllä

Naturen mukaan tutkijaryhmä on viimeksi käyttänyt tekoälyä analysoimaan ja tulkimaan hiirten kasvoilmeitä. Laboratoriohiiret ovat yleisimmin käytettyjä laboratorioeläimiä, mutta heidän kasvoilmiöistään tiedetään vain vähän. Tutkimus voi myös auttaa tutkijoita ymmärtämään, mitkä hermosolut vaikuttavat tiettyihin kasvoilmiöihin ihmisillä.

Eläinten ilmeiden tutkiminen on vanha idea, mutta suhteellisen uusi tieteenala. Darwin oletti alun perin, että eläinten kasvoilmeet voivat antaa meille vihjeitä heidän tunteistaan, mutta vasta viime aikoina tieteellinen ja teknologinen kehitys on edennyt siihen pisteeseen, jossa voidaan tutkia näitä ilmeitä ja tunteita.

David Anderson, neurotieteilijä Kalifornian teknillisen instituutin Pasadenan kampuksella, selitti, että tutkimus oli tärkeä askel selvittämään, miten aivot ilmentävät tiettyjä tunteita ja miten nämä tunteet voivat ilmetä kasvojen lihasten muodossa. Samaan aikaan Nadine Gogalla, neurotieteilijä Saksan Max Planck -instituutissa, selitti tutkimuksen taustaa. Gogalla johti tutkimusta ja sai inspiraation vuoden 2014 tutkimuksesta, jonka Anderson ja hänen kollegansa kirjoittivat. Tutkimuksessaan Anderson ja hänen kollegansa olettivat, että tunteet ja muut aivotilat pitäisi näyttää tiettyjä mitattavissa olevia ominaisuuksia, ja että ärsykkeen voimakkuus pitäisi vaikuttaa tunteen voimakkuuteen, ja että tunteet pitäisi olla kestäviä, jatkuvia, vaikka ärsyke, joka aiheutti ne, on päättynyt.

Inverse selitti, että Gogolla ja muut tutkijat kuvattiin hiirten kasvoja, kun niille esitettiin erilaisia ärsykkeitä, sekä miellyttäviä että epämiellyttäviä. Esimerkiksi niille annettiin joko kitkerää tai makeaa nestettä. Tutkijat totesivat, että hiiret voivat muuttaa ilmeitään muuttamalla kasvojen rakenteita, kuten nenää, silmiä, korvia ja poskia. Kuitenkin ei ollut helppoa menetelmää, jolla voitiin helposti liittää eri kasvoilmeet eri tunteisiin. Tutkimusryhmä ratkaisi tämän ongelman ottamalla hiirten kasvojen videot ja jakamalla ne lyhyiksi klippeiksi, jotka sitten syötettiin koneoppimisalgoritmiin.

Camilla Bellone, tutkija Sveitsin Geneven yliopistossa, sanoo, että tekoälypohjainen menetelmä kasvoilmiöiden tutkimiseen on arvokas, “koska se välttää tutkijan omat ennakkoasenteet”.

Teppoälyalgoritmi pystyi tunnistamaan hiirten erilaiset kasvoilmeet, koska eri kasvojen lihasten liikkeet liittyvät eri tunteisiin. Hiiri osoittaa, että se kokee iloa vetämällä leukaansa ja korviaan eteenpäin ja vetämällä nenän kärkeä alaspäin kohti suuta. Lisäksi, kun tutkijat analysoivat, miten ilmeet ilmenivät ärsykkeisiin, he löysivät, että ilmeet olivat sekä kestäviä että korreloivat ärsykkeen voimakkuuden kanssa, juuri niin kuin Anderson ja hänen kollegansa olivat olettaneet.

Tutkijaryhmä käytti myös tekniikkaa, jota kutsutaan optogenetiikaksi, yrittääkseen selvittää, mitkä aivosolut ovat vastuussa näistä tunteista. Tutkijat tutkivat yksittäisiä hermosoluverkkoja, jotka liittyvät tiettyihin tunteisiin eläimissä. Kun nämä verkot stimuloitiin, hiiret tekivät vastaavat kasvoilmeet.

Tutkijat käyttivät myös tekniikkaa, jota kutsutaan kaksi-fotonen kalsiumkuvaukseksi, joka voi seurata yksittäisiä hermosoluja. Tällä tekniikalla he löysivät hermosoluja hiirten aivoissa, jotka aktivoituivat vain, kun tiettyjä kasvoilmeitä, ja siten tunteita, havaittiin. Gogolla oletti, että nämä hermosolut voivat edustaa osaa aivojen tunteiden koodauksesta, koodauksesta, joka on mahdollisesti säilynyt nisäkkäiden evoluution aikana, ja jonka vuoksi hiiret ja ihmiset voivat jakaa joitain yhteisiä piirteitä tässä koodauksessa.