Нейронная сеть предоставляет информацию о расстройстве аутистического спектра

Группа исследователей из Университета Тохоку использовала нейронную сеть, которая воспроизводит мозг на компьютере, чтобы получить представление о том, почему люди с расстройством аутистического спектра испытывают трудности с интерпретацией выражений лица.

Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports 26 июля 2021 года.

Распознавание разных эмоций

Юта Такахаси является соавтором статьи.

“Люди распознают разные эмоции, такие как печаль и гнев, глядя на выражения лица. Однако мало что известно о том, как мы распознаем разные эмоции на основе визуальной информации выражений лица”, – сказал Такахаси.

“Также неясно, какие изменения происходят в этом процессе, что приводит к тому, что люди с расстройством аутистического спектра испытывают трудности с чтением выражений лица”, – продолжил Такахаси.

Теория предсказательной обработки

Исследовательская группа опиралась на теорию предсказательной обработки, которая гласит, что мозг постоянно предсказывает следующий сенсорный стимул. Когда предсказание неверно, мозг адаптируется, и сенсорная информация, такая как выражения лица, помогает уменьшить ошибку предсказания.

Искусственная нейронная сеть, разработанная командой, использует теорию предсказательной обработки и смогла воспроизвести процесс развития. Она сделала это, обучая себя предсказывать, как части лица будут двигаться в видео выражений лица.

Следующий шаг заключался в том, чтобы самоорганизовать кластеры эмоций в пространстве высшего уровня нейронов модели. В то же время модель не знала, какая эмоция соответствует выражению лица в видео.

Модель также смогла обобщить неизвестные выражения лица, которые не были заданы в обучении, а также воспроизвести движения частей лица, минимизируя ошибки предсказания.

Изображение: Юта Такахаси и др.

Команда исследователей затем индуцировала аномалии в активности нейронов во время экспериментов, что помогло получить представление о влиянии на процесс обучения и когнитивные характеристики. Эксперименты показали, что способность к обобщению уменьшалась в модели, где гетерогенность активности нейронного населения была уменьшена. Это предполагало, что формирование эмоциональных кластеров в высших нейронах было ингибировано, и это привело к тому, что нейронная сеть имела тенденцию не распознавать эмоцию неизвестных выражений лица, что также является симптомом расстройства аутистического спектра.

Такахаси говорит, что исследование предполагает, что теория предсказательной обработки может объяснить распознавание эмоций по выражениям лица с помощью нейронной сети.

“Мы надеемся расширить наше понимание процесса, с помощью которого люди учатся распознавать эмоции и когнитивные характеристики людей с расстройством аутистического спектра”, – сказал Такахаси. “Исследование поможет разработать подходящие методы вмешательства для людей, которые испытывают трудности с определением эмоций.”