Wetenschap & Techniek

Zo werkt gezichtsherkenning in je brein

foto: NPO Radio 1foto: NPO Radio 1

Nieuws
Zo werkt gezichtsherkenning in je brein

Amerikaanse wetenschappers hebben ontdekt hoe het brein gezichten leest. Aan de hand van de hersenactiviteit van een aap konden ze achterhalen naar welk gezicht het dier keek. Het onderzoek werpt nieuw licht in de black box van gezichtsherkenning - ook bij mensen.

De onderzoekers, Doris Tsao en Le Chang van het California Institute of Technology, lieten twee makaken tweehonderd foto’s van mensengezichten zien. Ondertussen maten ze de hersenactiviteit, met elektroden die ze ingebracht hadden in de hersenkwabjes die verantwoordelijk zijn voor het verwerken van gezichten. (De apen waren zo gewend aan mensen dat hun ‘gezichtscellen’ hetzelfde reageerden op mensen- als op apengezichten, aldus de onderzoekers).

Tsao en Chang hadden de mate waarin de foto’s van elkaar verschilden gekwantificeerd. Met die informatie wisten ze de hersensignalen van de apen te ‘decoderen’. Dat lukte zo goed dat ze op basis van die ‘hersencode’ een reconstructie konden maken van het gezicht waar het dier naar keek.

Aan de hand van de hersenactiviteit van hersencellen die verantwoordelijk zijn voor gezichtsherkenning, maakten de onderzoekers een reconstructie van het gezicht waar de aap naar keek. Links de foto, rechts de reconstructie.

Checklist of blauwdruk

Mensen zijn net als apen ontzettend goed in het herkennen van bekende gezichten. Op een klassenfoto spot je in no time een bekende. En als je het bejaardentehuis binnenwandelt om je oma te bezoeken, vind je haar moeiteloos terug tussen de identieke blauwspoelingen. (Sorry, oma’s).

Dat lijkt niets bijzonders, maar ondanks decennialang hersenonderzoek is nog niet duidelijk wat er precies gebeurt in je hersenen als je je grootmoeder ziet. Vink je onbewust vliegensvlug een lijstje af met al haar kenmerken? Of ligt er ergens in je brein een blauwdruk van je grootmoeder opgeslagen? Is er wellicht één hersencel die gespecialiseerd is in het herkennen van je grootmoeder (en heb je weer andere cellen voor je grootvader, je baas en je hond)?

Hebben we een grootmoedercel?

Het klinkt misschien bizar, maar dat idee van een ‘grootmoedercel’ is een serieuze theorie geweest. Het begon ooit als een ludiek gedachtenexperiment, maar al gauw werd ’grootmoedercel’ een verzamelnaam voor een hypothetische soort hersencel die gespecialiseerd is in specifieke objecten. Je eigen huis, je teddybeer - of je grootmoeder dus.

Die letterlijke interpretatie van de theorie - dat de hele grootmoeder in die ene cel besloten ligt - daar geloven nog maar weinig wetenschappers in. Maar de discussie over de vraag of hersencellen zich specialiseren in abstracte concepten laait soms nog op. Volgens Asim Roy, een Amerikaanse neurowetenschapper, hebben we wel degelijk 'abstracte' hersencellen. Andere wetenschappers ontdekten onlangs een Oprah Winfrey-neuron en een Halle Berry-cel.

Maar uit het onderzoek van Doris Tsao en Le Chang blijkt nu dat ‘gezichtscellen’ niet gespecialiseerd zijn in specifieke gezichten, maar in afzonderlijke gezichtskenmerken. Elke cel heeft zogezegd zijn eigen meetlatje en bepaalt voor elk gezicht waar dat gezicht op zijn meetlat hoort: aan een van de uitersten of precies in het midden.

Bijschrift: Twee keer drie gezichten die verschillen op dezelfde schaal, met in het midden het gemiddelde en links en rechts de extremen.

Hersencellen zijn gespecialiseerd

Net zoals combinaties van de primaire kleuren rood, blauw en geel elke mogelijke kleur in het kleurenspectrum kunnen maken, kunnen de verschillende waarden van de afzonderlijke hersencellen gezamenlijk elk mogelijk gezicht meten, aldus de onderzoekers.

Hoe ze dat ontdekten? Ze maten de activiteit van afzonderlijke gezichtscellen - 205 in totaal - in de apenhersens. Vervolgens lieten ze de apen radicaal verschillende gezichten zien die desondanks één kenmerk deelden. Wat bleek: in de hersencel die in dat ene kenmerk gespecialiseerd was, was het patroon telkens hetzelfde. Hersencellen zijn dus blind voor andere gezichtskenmerken dan die waar ze in gespecialiseerd zijn. Ze kijken niet naar een heel gezicht, maar naar een specifiek kenmerk daarvan.

Niet zo'n beste theorie

David Leopold, neurowetenschapper aan het National Institute of Mental Health, vindt de bevindingen “striking”. “Dit onderzoek illustreert dat de grootmoedercel-theorie niet zo'n beste theorie is. Het word tijd dat we oma eindelijk eens uit ons comfortabele Cartesiaans theater gooien. Alleen, de vraag blijft wel: wie leest al die metingen van afzonderlijke hersencellen af?”

“Goede vraag!”, mailt Doris Tsao. Hoe en waar al die ‘gezichtscodes’ die de hersencellen afgeven worden uitgelezen door het brein, is nog niet duidelijk, zegt ze. “Waarschijnlijk gebeurt dat ergens in de temporale kwab, waar dan visuele informatie gemixt zou worden met andere input - geluid, emoties en locaties - om abstractere concepten te vormen.”

“We weten nu wel zeker dat er geen grootmoedercellen in de gebiedjes zitten die wij hebben onderzocht”, aldus Tsao. “Maar het zou best kunnen dat ergens anders in je hersenen een soort opzoektabel is met een soort snelcodes voor veelvoorkomende gezichten.” Het zou zomaar kunnen dat je grootmoeder daar ergens tussen staat.

Le Chang et al., The Code for Facial Identity in the Primate Brain, Cell, 1 juni 2017.

Dit artikel werd verzorgd door de wetenschapsredactie van De Kennis van Nu (NTR)

Radio 1 houdt je dagelijks op de hoogte over de laatste ontwikkelingen in de wetenschap

Maandag t/m vrijdag rond 16.20 uur in Nieuws en Co
Dinsdag en vrijdag rond 10.50 uur in de Ochtend

Ster advertentie