Hermoverkko-malli tarjoaa näkökulman autismiin

Tohokun yliopiston tutkijaryhmä on käyttänyt hermoverkko-mallia, joka toistaa aivoja tietokoneella, jotta voisi saada näkökulman siihen, miksi ihmiset, joilla on autismi, ovat vaikeuksissa tulkitessaan kasvojen ilmeitä.

Tutkimus julkaistiin Scientific Reports -lehdessä 26. heinäkuuta 2021.

Erilaisten tunteiden tunnistaminen

Yuta Takahashi on yksi tutkimuksen tekijöistä.

“Ihmiset tunnistavat erilaisia tunteita, kuten surua ja vihaa, katsomalla kasvojen ilmeitä. Vähän tiedetään siitä, miten me opimme tunnistamaan erilaisia tunteita kasvojen ilmeiden visuaalisen tiedon perusteella”, Takahashi sanoi.

“Myöskään ei ole selvää, mitkä muutokset tapahtuvat tässä prosessissa, joka johtaa siihen, että ihmiset, joilla on autismi, kamppailevat kasvojen ilmeiden tulkitsemisessa”, Takahashi jatkoi.

Ennustavan prosessoinnin teoria

Tutkijaryhmä nojautui ennustavan prosessoinnin teoriaan, jonka mukaan aivot jatkuvasti ennustavat seuraavaa aistimulsaatiota. Kun ennuste on väärä, aivot sopeutuvat, ja aistitieto, kuten kasvojen ilmeet, auttavat vähentämään ennustevirhettä.

Tutkijaryhmän kehittämä tekoälyverkko-malli perustuu ennustavan prosessoinnin teoriaan, ja se pystyi toistamaan kehitysprosessin. Se koulutti itsensä ennustamaan, miten kasvojen osat liikkuvat kasvojen ilmeiden videoissa.

Seuraava askel oli itsejärjestää tunteiden ryhmät hermoverkko-mallin korkeamman tason hermosolujen avaruuteen. Samalla malli ei tiennyt, mihin tunteeseen kasvojen ilme videossa vastasi.

Malli pystyi myös yleistämään tuntemattomia kasvojen ilmeitä, joita ei ollut annettu koulutuksessa, sekä toistamaan kasvojen osien liikkeitä minimoiden ennustevirhettä.

Kuva: Yuta Takahashi, et al

Tutkijaryhmä aiheutti hermojen toiminnan poikkeavuuksia kokeissa, mikä auttoi antamaan näkökulman vaikutuksiin oppimisen kehitykseen ja kognitiivisiin ominaisuuksiin. Kokeet osoittivat, että yleistämiskyky väheni mallissa, jossa hermojen toiminnan heterogeenisuus väheni. Tämä viittasi siihen, että tunteiden ryhmien muodostuminen korkeamman tason hermosoluissa estyi, ja se johti siihen, että hermoverkko-malli ei pystynyt tunnistamaan tuntemattomien kasvojen ilmeiden tunteita, mikä on myös autismiin liittyvä oire.

Takahashi sanoo, että tutkimus osoittaa, että ennustavan prosessoinnin teoria voi selittää tunteiden tunnistamisen kasvojen ilmeistä hermoverkko-mallin avulla.

“Toivomme, että voimme syventää ymmärrystämme siitä, miten ihmiset opettelevat tunnistamaan tunteita ja autismiin liittyvien kognitiivisten ominaisuuksien kehityksestä”, Takahashi sanoi. “Tutkimus auttaa kehittämään sopivia interventioita niille, jotka kamppailevat tunteiden tunnistamisessa.”