Модель нейронної мережі надає уявлення про порушення спектру аутизму

Група дослідників університету Тохоку використала модель нейронної мережі, яка відтворює мозок на комп’ютері, щоб отримати уявлення про те, чому люди з порушеннями спектру аутизму мають труднощі з інтерпретацією виразів обличчя.

Дослідження було опубліковано в журналі Scientific Reports 26 липня 2021 року. 

Розпізнавання різних емоцій

Юта Такахасі є співавтором статті.

“Люди розпізнають різні емоції, такі як смуток і гнів, дивлячись на вирази обличчя. Однак мало що відомо про те, як ми розпізнаємо різні емоції на основі візуальної інформації про вирази обличчя”, – сказав Такахасі.

“Також неясно, які зміни відбуваються в цьому процесі, що призводить до того, що люди з порушеннями спектру аутизму мають труднощі з читанням виразів обличчя”, – продовжував Такахасі.

Теорія передбачувальної обробки

Дослідницька група спирається на теорію передбачувальної обробки, яка говорить про те, що мозок постійно передбачає наступний сенсорний стимул. Коли передбачення є неправильним, мозок потім адаптується, а сенсорна інформація, така як вирази обличчя, допомагає зменшити передбачувальну помилку. 

Штучна модель нейронної мережі, розроблена командою, використовує теорію передбачувальної обробки, і вона була能够 відтворити процес розвитку. Вона зробила це, тренуючись для передбачення того, як рухаються частини обличчя у відео з виразами обличчя. 

Наступним кроком було самоорганізувати кластери емоцій у вищому рівні нейронного простору моделі. Водночас модель не знала, яка емоція відповідає виразу обличчя у відео.

Модель також була здатна узагальнювати невідомі вирази обличчя, які не були дані під час навчання, а також відтворювати рухи частин обличчя, зменшуючи передбачувальні помилки. 

Зображення: Юта Такахасі та ін.

Команда дослідників потім індуктувала порушення в діяльності нейронів під час експериментів, що допомогло отримати уявлення про вплив на розвиток навчання і когнітивні характеристики. Експерименти показали, що здатність до узагальнення зменшувалася в моделі, де гетерогенність діяльності в популяції нейронів була зменшена. Це свідчило про те, що формування емоційних кластерів у вищому рівні нейронів було інгібіровано, і це призводило до того, що модель нейронної мережі мала тенденцію до невдачі в ідентифікації емоції невідомих виразів обличчя, що також є симптомом порушення спектру аутизму.

Такахасі каже, що дослідження свідчить про те, що теорія передбачувальної обробки може пояснити розпізнавання емоцій з виразів обличчя, використовуючи модель нейронної мережі.

“Ми сподіваємося поглибити наше розуміння процесу, за допомогою якого люди вчаться розпізнавати емоції, і когнітивні характеристики людей з порушеннями спектру аутизму”, – сказав Такахасі. “Дослідження допоможе просунути розвиток відповідних методів втручання для людей, які мають труднощі з ідентифікацією емоцій.”