マウスの顔の表情を人工知能で分析する

ネイチャー誌によると、研究者の一団は最近、人工知能を用いてマウスの顔の表情を分析し、解釈しようとした。実験室でのマウスは最も一般的に使用される実験動物の一つだが、彼らが顔でどのように自己表現するかについてはほとんど知られていない。この研究は、科学者が人間の特定の顔の表情に影響を与える神経について理解するのにも役立つかもしれない。

動物の表情を研究するという考えは古いものだが、比較的新しい分野である。ダーウィンは初めて、動物の顔の表情が彼らの感情についての洞察を与えてくれるかもしれないと仮説したが、最近になって科学と技術が発達し、こうした表情や感情を研究することが可能になった。

カリフォルニア工科大学の神経科学者デビッド・アンダーソンは、この研究が脳が特定の感情を表現し、それらの感情が顔の筋肉で表現される方法についての謎を解く上で重要なステップであると説明した。一方、ドイツのマックス・プランク神経生物学研究所の神経科学者ナディーン・ゴゴラは、この研究の背後にある理由について説明した。ゴゴラはこの研究を主導し、2014年のアンダーソンの論文によってインスピレーションを受けた。アンダーソンと彼の同僚たちは、感情や他の脳の状態が特定の測定可能な属性を示すべきだと仮説した。彼らは、刺激の強さが感情の強さに影響を与え、感情は刺激が終了した後もしばらく続くべきだと考えていた。

インバース誌によると、ゴゴラと他の研究者たちは、マウスの顔を様々な刺激、快適なものや不快なものにさらしたときの表情を撮影した。例えば、彼らはマウスに苦い液体や甘い液体を与えた。研究者たちは、マウスは鼻、目、耳、頬などの顔の構造を変えることで表情を変えることができるが、異なる顔の表情を異なる感情に簡単に結び付ける方法がないと述べた。研究チームは、この問題に対処するために、マウスの顔のビデオを短いクリップに分割し、それらを機械学習アルゴリズムに与えた。

スイスのジュネーブ大学のカミラ・ベローネは、顔の表情を分析するためのAI駆動型方法は「実験者の偏見を避けることができる」ため貴重であると述べた。

AIアルゴリズムは、マウスのさまざまな顔の表情を認識することができたと報告された。顔の異なる筋肉の動きは異なる感情と相関関係にある。マウスは、顎と耳を前方に引いて鼻の先を口に向けて下げることで快適さを表現する。また、刺激に対する表情の反応を分析した研究チームは、表情は刺激の強さと相関関係があり、また持続的であることも発見した。これはアンダーソンと彼の同僚たちが仮説したものと一致する。

研究チームは、光遺伝学と呼ばれる技術を用いて、感情を司る脳の神経回路を調べた。研究チームは、特定の感情に関連する個々の神経回路を調査した。こうした回路を刺激すると、マウスは対応する顔の表情を示した。

研究チームは、2光子カルシウムイメージングと呼ばれる技術も用いた。この技術により、個々の神経細胞を追跡することができる。こうした技術を用いて、研究チームは、マウスの脳に特定の顔の表情、そして感情が観察されたときにのみ活性化する神経細胞を同定した。ゴゴラは、これらの神経細胞が脳内の感情の符号化の一部を表す可能性があり、哺乳類の進化の歴史を通じて保存された符号化であり、マウスと人間がこの符号化において共通の特徴を共有する可能性があると推測した。