AI破解小鼠表情密碼，證明150年前達爾文之問

2023-04-01 09:45:57 7

資料來源:新智元

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本文介紹了馬克斯·普朗克神經生物學研究所科學家發表的一項新研究:首次使用機器學習算法來破譯老鼠的面部表情。

幾天前，一項名為「老鼠情緒狀態的面部表情及其情緒神經相關性」(老鼠情緒狀態的面部表情及其與神經元的關係)的研究在《科學》雜誌上發表，引起了廣泛關注。

論文地址:

https://science.sciencemag.org/content/368/6486/89

在這項研究中，馬克斯·普朗克神經生物學研究所的研究人員使用機器學習算法來破譯實驗室老鼠看似神秘的面部表情。這項工作可能會揭示人類大腦中編碼特定表達的神經元的精確位置，也可能會影響我們治療情緒障礙的方式。

大衛·安德森

加州理工學院的神經科學家大衛·安德森說:這項研究是理解情緒的某些神秘方面以及它們在大腦中如何表達的「重要的第一步」。

達爾文情感表達的例子:(1)人類對恐懼的表達；黑猩猩表現出失望和慍怒；(c)貓表示敵意,( d)狗表示敵意。

大約150年前，查爾斯·達爾文提出，動物的面部表情，像人類一樣，可能是情感表達的窗口。但是研究人員最近才獲得了一些工具，比如強大的顯微鏡、照相機和基因技術，這些工具能夠可靠地捕捉和分析面部動作，並研究大腦中情緒是如何產生的。

納丁·戈古拉

「我們對人類的情緒狀態很著迷，」主持這項為期三年的研究的馬克斯·普朗克神經生物學研究所的神經科學家納丁·戈格拉說。「我想看看我們能否通過動物研究了解這些狀態在大腦中是如何出現的。」

Gogolla的靈感來源於2014年發表在《細胞》雜誌上的一篇題為《跨物種情感研究框架》的論文。這項研究是由加州理工學院的大衛·安德森和拉爾夫·阿道夫斯進行的。

論文地址:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.03.003

在這項研究中，作者認為情緒等「大腦狀態」應該表現出特定的特徵，例如，它們應該是持續的，並且在誘發它們的刺激消失後持續一段時間。此外，它們應該隨著刺激的強度而延長。

如何測量滑鼠表情

Gogolla的團隊固定了老鼠的頭部，讓它們保持靜止，然後提供不同的感官刺激來引發特定的情緒並拍攝老鼠的臉。例如，研究人員將甜味或苦味的液體塗在這些老鼠的嘴唇上，以喚起快樂或厭惡。他們還對老鼠的尾巴進行小而痛苦的電擊，或者注射氯化鋰來引起不適。

老鼠的六種面部表情，從左到右:厭惡、快樂、痛苦、恐懼、噁心和逃避

科學家們知道，老鼠可以通過移動耳朵、臉頰、鼻子和上眼睛來改變它們的表情，但是它們不能準確地將表情分配給特定的情感。因此，當動物對不同的刺激做出反應時，它們會將面部肌肉運動的視頻分解成超短的快照。

然而，僅憑觀察無法確定這些情緒的強度。因此，神經生物學家為每一種面部表情建立描述符，並訓練計算機在一秒鐘內檢測到它。Gogolla說這有效地「測量」了情感。

機器學習算法可以識別不同的表情，這些表情是由一組特定面部肌肉的運動產生的。這些表達與誘發的情緒狀態有關，如快樂、厭惡或恐懼。例如，一隻快樂的老鼠把它的鼻子拉到嘴邊，把它的耳朵和下巴向前拉。相反，當它感到疼痛時，它會收回耳朵，鼓起臉頰，有時會眯起眼睛。面部表情具有安德森和阿道夫斯提出的特徵。例如，它們是持久的，並且它們的強度與刺激強度相關。