นักประสาทวิทยาศาสตร์สร้างภาพใบหน้าจากสัญญาณประสาทในลิง
ข่าว
วันจันทร์ที่ 19 มิถุนายน 2560 8:55
ตั้งแต่ลืมตาตื่นกระทั่งเข้านอนในแต่ละวัน เราต้องพบปะกับผู้คนมากหน้าหลายตา ไม่ว่าจะเป็นคนในครอบครัว เพื่อนร่วมงาน ลูกน้อง หัวหน้า ไปจนถึงคนไม่รู้จักที่เดินสวนกันไปมา การรับรู้และจดจำใบหน้า (face recognition) ว่าใครเป็นใครจึงมีความสำคัญต่อการใช้ชีวิตในสังคมเป็นอย่างยิ่ง (มันคงไม่ดีแน่ๆถ้าเราไปทำงาน เจอหน้าเจ้านายหรือแฟนแต่กลับจำไม่ได้)

ดวงตาทำหน้าที่เป็นอวัยวะรับภาพ แล้วเปลี่ยนแสงกับสีที่ได้รับให้กลายเป็นกระแสประสาทแล้วส่งไปสร้างการรับรู้ให้เกิดขึ้นที่สมอง เดิมทีนักวิทยาศาสตร์คิดว่าเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ที่ทำหน้าที่จดจำใบหน้าจะทำงานแยกจากกัน แต่เมื่อต้นเดือนมิถุนายนที่ผ่านมา Le Chang จากมหาวิทยาลัย Caltech และ Doris Tsao จากสถาบันการแพทย์ Howard Hughes  ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยที่ยืนยันว่า สมองของลิงวอก (Rhesus Macaque) ซึ่งเป็นสัตว์ที่มีความใกล้ชิดทางวิวัฒนาการกับมนุษย์ ใช้เซลล์ประสาทราว 200 เซลล์ช่วยกันจดจำลักษณะต่างๆของใบหน้า อีกทั้งยังถอดรหัสสัญญาณประสาทของลิงวอกออกมาสร้างเป็นภาพได้อีกด้วย!

Chang และ Tsao วิเคราะห์ภาพใบหน้าคนจริงๆจากฐานข้อมูลออนไลน์ที่ใช้สำหรับการวิจัยจนได้ลักษณะที่ใช้บอกความแตกต่างของใบหน้าได้ โดยครึ่งหนึ่งเป็นลักษณะที่เกี่ยวข้องกับโครงหน้า เช่น ระยะหว่างคิ้ว แนวไรผม ความกว้างของใบหน้า ความสูงของดวงตา อีกครึ่งเกี่ยวข้องกับรูปลักษณ์ภายนอกเช่น สภาพผิว การจัดเรียงตัวของมัดกล้ามเนื้อ สีตา และสีผม เป็นต้น ลักษณะเหล่านี้เป็นตัวแปรที่นักวิจัยนำมาสร้างเป็นปริภูมิของใบหน้า หรือ Face space ซึ่งหมายถึงขอบเขตความเป็นไปได้ทั้งหมดที่จะสร้างใบหน้าให้เกิดขึ้นได้ด้วยตัวแปรเหล่านี้

เรามีตัวเลข 50 ชุดที่สามารถอธิบายใบหน้าได้ทุกรูปแบบจนสามารถปรับแต่งใบหน้าได้ตามใจชอบ เพื่อดูว่าเซลล์ประสาทเข้ารหัสภาพใบหน้าได้อย่างไร Doris Tsao กล่าวเสิรม

จาก Face space ที่ได้ นักวิจัยสร้างภาพใบหน้าขึ้นมา 2,000 หน้าที่แตกต่างกัน แล้วนำไปให้ลิงวอกดูเปรียบเทียบกับภาพสิ่งของต่างๆที่ไม่ใช่ใบหน้า ระหว่างที่ลิงวอกดูภาพ พวกเขาก็วัดการทำงานของสมองด้วยเทคนิค fMRI ไปด้วย และใส่ตัววัดกระแสไฟฟ้าเข้าไปในสมองบริเวณ Inferior temporal cortex ซึ่งเป็นเนื้อสมองที่อยู่ด้านล่างลึกเข้าไปในบริเวณขมับ เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าของกลุ่มเซลล์ประสาทที่ทำหน้าที่ประมวลสัญญาณภาพใบหน้า หรือที่เรียกว่าเซลล์ใบหน้า (face cell)

เมื่อวัดสัญญาณประสาทจากเซลล์ใบหน้าจำนวน 205 เซลล์ ทีมนักวิจัยพบว่าแต่ละเซลล์รับผิดชอบการเข้ารหัสต่างๆของใบหน้าอย่างจำเพาะเจาะจง บางบริเวณจะเน้นมิติที่เกี่ยวกับโครงหน้า ส่วนอีกบริเวณหนึ่งจะเน้นมิติที่เชิงรูปลักษณ์ภายนอก

นอกจากนี้ยังพบว่าความแรงในการส่งกระแสประสาทนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณของตัวแปรอีกด้วย เช่น หากลูกตาอยู่ห่างกันมาก จะส่งสัญญาณแรงมาก ถ้าตาอยู่ใกล้กันจะส่งสัญญาณอ่อนๆ เป็นต้น นั่นหมายความว่า การสร้างภาพใบหน้าที่เกิดขึ้นในสมองมาจากการที่เซลล์ใบหน้าแต่ละเซลล์รับรู้โครงหน้าในแต่ละส่วนแล้วส่งสัญญาณประสาทร่วมกันเพื่อสร้างการรับรู้ใบหน้าให้เกิดขึ้นในสมองของเรา

จากนั้นทีมนักวิจัยได้สร้างชุดคำสั่งไว้สำหรับแปลสัญญาณประสาทกลับไปเป็นภาพอีกครั้ง ซึ่งเมื่อนำไปให้อาสาสมัครจับคู่ระหว่างใบหน้าที่ลิงวอกได้ดูกับใบหน้าที่สร้างขึ้นมาจากสัญญาณประสาทก็พบว่าตอบถูกถึง 88.3% นี่เป็นหลักฐานที่แสดงว่าพวกเขามาถูกทาง และสามารถถอดรหัสสัญญาณประสาทสำหรับการสร้างภาพใบหน้าในสมองออกมาได้จริงๆ

“ผลการวิจัยทำให้เราได้ชุดคำสั่งสำหรับการรับรู้ใบหน้าที่สามารถนำไปใช้ฝึกปัญญาประดิษฐ์ได้ ทั้งยังเป็นต้นแบบการศึกษาที่ทำให้เราเข้าใจมากขึ้นว่าสมองบริเวณหนึ่งๆเข้ารหัสเพื่อรับรู้สิ่งต่างๆได้อย่างไร นอกจากนี้เราสามารถจินตนาการต่อไปได้ถึงการประยุกต์ใช้ในวงการนิติวิทยาศาสตร์ที่ภาพใบหน้าของคนร้ายอาจถูกสร้างขึ้นมาจากสัญญาณสมองของพยานบุคคลด้วย ” Le Chang นักวิจัยกล่าวปิดท้าย

การศึกษาว่าสมองประมวลผลใบหน้าอย่างไรได้รับความสนใจจากนักประสาทวิทยาศาสตร์มาก คำถามต่อไปคือสมองจะยังคงใช้หลักการเดียวกันนี้เข้ารหัสสิ่งของอื่นๆ รวมถึงภาพวิวทิวทัศน์ ไปจนถึงโลกทั้งใบด้วยหรือไม่ ซึ่งนั่นเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ต้องหาคำตอบกันต่อไป  

อ้างอิง http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30538-X http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/49564/title/Primates-Use-Simple-Code-to-Recognize-Faces/ http://www.caltech.edu/news/cracking-code-facial-recognition-78508

เรียงเรียง:  ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์
บรรณาธิการ:  อาจวรงค์ จันทมาศ

สมัครรับข่าวสารจากโครงการ Chevron Enjoy Science ได้ที่ 
http://www.enjoy-science.org/th/the-media/newsletter

หรือกรอกอีเมล์ในช่องรับข่าวสารค่ะ    

ปฏิทินโครงการ

มิถุนายน 2560
พฤ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30