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 [1]
Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Fotos: Doris Tsao y Steven Le Chang.