NeoFronteras

Resuelven cómo es el reconocimiento facial

Área: Neurología — sábado, 3 de junio de 2017

Logran recrear la cara que está viendo un macaco usando solamente las señales procedentes de parte de la corteza visual de su cerebro.

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Muchas de las promesas de la ficción científica nunca se cumplirán. Algunas porque son física imposibles y otras porque siempre serán o muy caras o energéticamente inviables, como los autos voladores.

Sin embargo, a veces nos adentramos en unos terrenos misteriosos en los que no sólo se manifiestan algunas predicciones de la ficción científica, sino que incluso se va más allá.

Ahora, un equipo de investigadores ha conseguido recrear la cara que está viendo un macaco usando solamente las señales procedentes de parte de la corteza visual de su cerebro. Obviamente, si se puede hacer con un macaco se podría hacer con un humano.

El estudio trata de resolver el problema de cómo el cerebro reconoce las caras y levanta cuestiones incluso morales, por ejemplo, si es posible leer la mente con un sistema similar. Posiblemente sea la primera vez que los científicos alcanzan una compresión casi completa de una función sofisticada del cerebro. Algún experto del campo, como Rodrigo Quian Quiroga (University of Leicester) dice que es una pequeña revolución en neurociencias y que resuelve un misterio de décadas de duración.

El problema viene de los años sesenta del pasado siglo cuando Jerry Lettvin sugirió que las personas tenían neuronas específicas que respondían a objetos específicos. Según este nuevo resultado esto no sería así.

Puede que una cara nos parezca algo corriente, pero no cierto. La percepción es algo que no es obvio cómo funciona. De hecho, las diferencias objetivas entre distintas caras humanas es muy escasa, pero nuestro cerebro es capaz de distinguirlas muy bien. A veces incluso somos capaces de reconocer a alguien incluso cuando han pasado muchos años, su cara se ha llenado de líneas de expresión y aunque su cabello haya cambiado.

Básicamente tenemos un circuito especialmente diseñado para reconocer las caras. En algunas personas este circuito falla y tienen una condición que se llama prosopagnosia. No pueden reconocer bien ni sus esposas o maridos.

Saber cómo funciona este circuito es un reto muy interesante. Doris Tsao y Steven Le Chang (ambos de California Institute of Technology) se propusieron estudiar el asunto mediante el análisis de las actividad de ciertas neuronas cerebrales en los cerebros de unos macacos mientras a estos se les mostraba fotos de caras de personas.

Pudieron comprender cómo las células del córtex visual, que interpreta la señal visual procedente de los ojos, computan el reconocimiento de rostros. Al romper este código, entonces les fue posible saber cómo el cerebro reconstruye o genera la imagen de una cara.

En trabajos previos se han identificado regiones del córtex visual que se activaban cuando se mostraba la imagen de una cara, pero el asunto era como una caja negra y no se sabía cómo operaba realmente.

Estos investigadores descubrieron que cada una de estas células estaba sintonizada para ver caras de una manera ligeramente diferente, como si se fotografiara a alguien desde ángulos ligeramente distintos, pero a la misma vez. Cuando estas “perspectiva” son combinadas entonces se genera una imagen compuesta clara que proporciona una especie de identidad.

Se dieron cuenta de que, precisamente, las neuronas de estas regiones pueden trabajar juntas para codificar 50 aspectos distintos de una cara, como la distancia entre ojos, la textura de la piel, musculatura, complexión, color de ojos, etc. Además, la respuesta de las neurona es proporcional a la intensidad de estas características.

De este modo, dado el número en el que estos 50 aspectos pueden combinarse, se puede generar una gama virtualmente infinita de imágenes en el cerebro. Nuestro cerebro necesitaría sólo de 200 neuronas para codificar de manera única una cara.

“La clave es que, aunque hay un número infinito de caras, puedes describir todas ellas con sólo 50 dimensiones”, dice Tsao.

Pero cada neurona individual no está dedicada a características específicas, sino que cada una de ellas codifica algo más abstracto que consiste en una dirección del espacio de caras que combina diferentes características elementales. Midiendo por donde cae una cara a lo largo de este espacio de direcciones, el cerebro puede predecir la identidad de un rostro. Básicamente, se puede convertir de un modo muy eficiente y elegante una cara en una secuencias de números.

“En Álgebra lineal se aprende a proyecta un vector en un espacio de 50 dimensiones sobre un subespacio de dimensión uno, lo que da un espacio nulo de 49 dimensiones… en lo profundo del sistema visual de nuestros cerebros las neuronas están haciendo álgebra lineal. Cada célula está tomando un vector de en un espacio de 50 dimensiones (espacio de caras) y está proyectándolo sobre uno unidimensional. Fue una revelación ver que cada célula en efecto tiene un espacio nulo de 49 dimensiones, esto eliminó totalmente la idea que se mantenía hasta el momento de que cada neurona codificaba una identidad facial. En su lugar encontranos que estas células son una bellas maquinas de simple proyección lineal”, dice Tsao.

Así que, una vez que habían averiguado cómo funcionaba el sistema, insertaron unos electrodos en el cerebro de tres macacos, en concreto en esta región cerebral específica. La idea era medir la actividad de 100 de estas neuronas. Luego mostraron 3000 fotos de caras humanas a estos macacos que no habían sido usadas previamente durante la investigación.

Gracias a un algoritmo desarrollado por ellos, fueron capaces de recrear esa imagen compuesta para cada caso y traducirla a una imagen estándar.

Aunque estas células son suficientes para recrear la cara de una persona, es muy posible que los recuerdos de caras familiares sean almacenadas en el hipocampo, que es la zona cerebral que gestiona la memoria.

Este trabajo proporcionaría el primer indicio sobre cómo es la respuesta de las células especializadas del córtex visual y cómo pueden ser usadas por las células del hipocampo para formar los recuerdos de individuos que hemos visto antes.

En trabajos previos del equipo de Christof Koch (Institute for Brain Science, Seattle y no relacionado con esta investigación) se descubrió que hay células individuales que son las responsables de registrar las caras de personas específicas. En una célula de nuestros cerebros estaría almacenada la cara del vecino y en otra la de una actriz famosa. Así que esto entraría en cierta contradicción con el nuevo resultado.

Según Koch podría haber dos sistemas paralelos trabajando a la vez. Uno sería un sistema amplio que reconocimiento de cualquier cara y el segundo para reconocer caras de un modo muy abstracto.

Tsao vende las aplicaciones prácticas del resultado, como la posibilidad de realizar retratos robots de criminales a partir de la actividad cerebral de los testigos de un crimen. También propone que se pueda usar la idea para codificar mejores algoritmos de reconocimiento facial. Por desgracia todo ello suena demasiado parecido a un “Gran Hermano”.

Planea ahora estudiar el lóbulo temporal (otra parte del cerebro) para comprobar si los objetos cotidianos o escenas son codificadas en el cerebro usando los mismos principios.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5566

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Fotos: Doris Tsao y Steven Le Chang.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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11 Comentarios

  1. lluís:

    Un interesantísimo estudio. Así que “en lo profundo del sistema visual de nuestros cerebros, las neuronas están haciendo (nada menos) que álgebra lineal, pues ahora me da por pensar en el amigo Tomás y nuestras discusiones sobre la consciencia/conciencia y “lo biológico vs.materia inanimada”. Pues resulta que esa “grasilla” que son las neuronas (carbono, nitrógeno,hidrógeno y oxigno,básicamente) saben matemáticas complejas.

    ¿ Por qué no habría de poder simular un ordenador, a base de algoritmos, todas esas sensaciones y emociones,que para mi no son otra cosa que maneras de hablar sobre la fisicalidad de lo que sucede en nuestros cerebros? ¿ Hay alguna razón por la que un ordenador no pueda sentir dolor? Siguiendo lo que este estudio nos dice,podríamos llegar a pensar que el dolor es tambíen reducible a números, diseñamos el algoritmo apropiado, simulamos el dolor numéricamente y listo.Luego que evolucione el algoritmo.

  2. bpico:

    No, claro que no. Seguiría siendo una simulación, no el “dolor” como lo percibimos y sentimos los animales.

  3. Dr. Thriller:

    Pues que los transistores de un ordenador operan con corriente eléctrica, no trabajan en entornos de concentración química variable y con la señal moldeada por la presencia de moléculas con regiones altamente específicas, alias neutrotransmisores. La mera sinapsis es mucho más que un pulso eléctrico, aunque nosotros de momento no vemos más allá de esto.

    Cogiendo todo con pinzas como corresponde mientras esto no se replique y verifique,

    Que sean tan pocas neuronas indica a las claras que se trata de un sistema que debe ser ubicuo en todo sistema nervioso, no necesariamente enfocado a rostros humanos/primates. Por otro lado, infiero del artículo que el sistema sólo analiza caras “estáticas”, no dinámicas, y me parece también palmario que ha de existir otro sistema que verifique si las caras se “mueven” como corresponde, esto último muy importante como saben los de la Inteligencia Sonormal, porque caras que se parezcan mucho-mucho-mucho y muy parecidas y mucho parecidas, a cientos de millones y literalmente. Ha de estar funcionando con otros sistemas que identifiquen sonidos (voz), olores, circunstancias, etc., y todo esto supervisado por algún subsistema, etc.

    Y tood esto funciona A LA VEZ, simultáneamente, no secuencialmente como un ordenador, que mientras hace una cosa no puede hacer otra por muy rápido que las haga todas.

    Evidentemente la vista utiliza la óptica, y el olfato la espectrometría de masas (entre otras cosas), es completamente obvio que los sistemas *lógicos* del cerebro usen también álgebra. Pero esto sigue sin decir nada de nada, como no sea de dar un avance de gigante para resolver cuestiones médicas.

    En cuanto a aplicaciones de gran hermano, es posible que me coja con el día alegre porque no le veo muchas. Leer un cerebro sigue necesitando de un dispositivo de mucha proximidad y muy sensible al ruído de fondo. Por supuesto se pueden implantar cosas, y por supuesto se pueden anular las cosas implantadas. Me pregunto, por ejemplo, por qué tarda tanto tiempo en llegar al DoD la elegante solución de Stanisław Lem para cortar a tajo toda comunicación EM, perfectamente descrita en El Invencible. Supongo que porque la estupidez humana tiene ciertos límites.

    Estaría bien dicho sea de paso que investigaran algo sobre la estupidez humana. Reproducirla en un ordenador sería el cúlmen de esta civilización.

  4. Tomás:

    A ver, Lluís (por tu 1): el álgebra la ponemos nosotros. Descubrimos una relación, logramos un algoritmo que coincide con una realidad. Si nuestras matemáticas fuesen distintas, el algoritmo sería diferente, si es que lo encontrábamos. A lo peor no éramos capaces de detectarlo. ¿Diríamos entonces que una neurona sabe matemáticas complejas? Sin embargo sí podríamos decirlo de lo emergente de conjuntos de neuronas.
    A propósito ¿os habéis fijado en que las caras predichas son más simétricas que las reales? Eso debe tener una causa de conexión entre neuronas. Pienso que deben comunicarse las observaciones, porque la visión es tópica, pero por ello debería respetar más las asimetrías.

  5. Tomás:

    Y me sumo al criterio de Dr. La sinapsis, más que pulso es un salto y usa neurotransmisores, pero de varias clases, Ahí, supongo que los fármacos y drogas deben ejercer su mayor acción.

  6. Dr. Thriller:

    Es que Tomás, ahora el paso siguiente sería ver cómo afectan a este sistema determinadas sustancias químicas, que quizá ya existan en los organismos y estén por descubrirse.
    La fuerza bruta es algo que a nuestra cultura (no a todas, y ni siquiera a la mayoría de las que tenemos registros) le seduce mucho. Pero mucho, mucho. Curiosamente, el mundo del refranero, que nunca falla porque tiene sentencias para una cosa y su diametralmente opuesta (“a quien madruga Dios lo ayuda” y “no por mucho madrugar amanece más temprano”, aunque no son exactamente lo mismo), tiene su claro “más vale maña que fuerza”, y no recuerdo ninguno que hable bien de la fuerza bruta. Es posible que se deba a que es un fenómeno muy poco domesticable que termina, indefectiblemente, con todo el autobús estampado en un muro. Claro que a veces esto no importa porque, el que venga detrás que arree.

  7. lluís:

    Solo recordar,a los efectos de los comentarios posteriores al mio, que hay una ciencia bastante nueva que responde al nombre de Bioinformática,o también biología computacacional o biocomputación,que aborda tanto la computación como lo IA, como la química y la bioquímica. Y claro que el álgebra la ponemos nosotros,¿quién quieres que la ponga, amigo Tomás? ¿Los marcianos? pero es que nosotros somos nuestros cerebros y nuestros cerebros están hechos de cosas físicas. No de células espirituales. Nuestras neuronas calculan distancias, tiempos, alturas..¡hacen esos cálculos de manera automática cada día!. Nosotros les ponemos nombres a las cosas, para entendernos nosotros, los nombres podrían ser cualquier cosa, pero las acciones son las que son.

    Un saludo a todos.

  8. Tomás:

    Amigo Lluís, lo que yo quería decir -y lo digo- es que nuestros algoritmos podrían ser insospecháblemente distintos. Dependen de nuestros sentidos, y de ahí, de nuestra mente. Cualquiera sabe si, poseyendo, además, la ecolocalización o un órgano capaz de detectar los entes más básicos de la materia, por ejemplo, estaríamos conociendo muchísimo mejor nuestros mares o se habrían logrado conciliar la RG y la MC.
    Este tipo de cosas me hacen meditar. Sabemos que los movimientos de los astros obedecen a trayectorias cónicas pero, seguramente no lo sabríamos sin el sentido de la vista que nos ha permitido usar instrumentos apropiados. Aunque cualquiera sabe si, con algún otro sentido, otra inteligencia, hubiese ideado otras herramientas tan eficaces, o más, o menos que las nuestras.
    En fin, mera especulación.

  9. naonis:

    Hay artículos o trabajos, que hablen de las promesas de la ficción fantastica , que no van a poder cumplirse en un futuro, quedando, como sueños o deseos de la humanidad? Creo que seria interesante ver cuales de estas promesas de la Sci-Fi se quedaran en historias de ruido, humo, que después nada significan (creo que se dice así el dicho popular) Aunque también dice otro dicho popular, que cuando el ruido suena, agua lleva. (Los mas optimistas, dicen que todo sueño que pueda albergar la Humanidad, al final, terminara cumpliéndose, como volar como los pájaros, o ir de la Tierra a la Luna.)

  10. Alejandro Sánchez:

    TERCERA LEY DE CLARKE: 1-“Cuando un científico eminente pero anciano afirma que algo es posible, es casi seguro que tiene razón. Cuando afirma que algo es imposible, muy probablemente está equivocado.” y 3-“Toda tecnología avanzada es indistingible de la magia” Autos voladores, creación de universos o dimensiones paralelas a nuestra realidad (como pasa en la saga del Dr. Strange de Marvel) todo sí es posible con tecnología altamente avanzada. No hay límites excepto para los viajes al pasado, pero incluso los viajes al pasado son posibles desde una dimensión temporal espacial paralela al tiempo universal estandar, que puede ser creada, tal como se especula en la película Interestellar. No, no hay límites, salvo los que nosotros mismos creamos.

  11. NeoFronteras:

    No, los viajes en el tiempo hacia el pasado no son posibles. La prueba es que no recibimos la visita de los crononautas del futuro.

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