人工智能“读懂”老鼠面部表情

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　　本报讯研究人员已经使用了一种机器学习算法来破译实验室老鼠看似难以理解的面部表情。这项工作可能会对精确定位人类大脑中编码特定表情的神经元产生影响。4月3日，这项研究发表在《科学》上。

　　据《自然》网站报道，美国加州理工学院的神经学家David Anderson认为，该研究是了解情绪及其在大脑中如何表现的“重要的第一步”。

　　大约150年前，达尔文提出，和人类一样，动物的面部表情可能是了解它们情绪的窗口。但是研究者近年来才获得可靠的工具——如显微镜、照相机和基因技术，捕捉和分析面部运动，并研究情绪如何在大脑中产生。

　　德国马普学会神经生物学研究所的神经学家Nadine Gogolla领导了这项为期3年的研究。2014年，Anderson和同事Ralph Adolphs在《细胞》上发表的一篇论文给了Gogolla灵感。在这项研究中，他们提出像情绪这样的“大脑状态”应表现出特定的特征——持久性，比如在刺激消失后，它们应持续一段时间，且应随刺激力度的加大而扩大规模。

　　新研究中，Gogolla及其同事固定老鼠头部使其保持不动，然后提供不同的感官刺激触发特定的情绪，并拍摄其面部。已知老鼠可以通过移动耳朵、脸颊、鼻子和眼睛上部改变自己的表情，但科学家无法准确地赋予这些表情特定的情感。因此，当动物对不同的刺激做出反应时，研究人员将面部肌肉运动视频分解成超短的快照。

　　机器学习算法可以识别出由特定的面部肌肉群运动所产生的不同表情。这些表情与诱发的情绪状态相关联，如高兴、厌恶或恐惧等。比如，一只老鼠体验快乐时，会把鼻子向下拉到嘴边，把耳朵和下巴往前拉;当经历痛苦时，它会把耳朵往后拉，把脸颊鼓起来，有时还会眯着眼睛。这些面部表情具有持久性，而且其强度与刺激强度相关。

　　“这种观察面部表情的方法有很大优势，因为它避免了实验者的偏见。”瑞士日内瓦大学研究神经精神疾病的Camilla Bellone说。

　　研究人员随后在大脑中寻找可能编码这些情绪的脑细胞。他们使用一种被称为光遗传学的技术，瞄准了老鼠脑中已被证明能触发人类和其他动物的特定情绪的单个神经元回路。当研究人员直接刺激这些回路时，它们会做出相应的面部表情。

　　最后，研究团队使用了一种叫做双光子钙成像的技术识别老鼠大脑中的单个神经元，这些神经元只在特定的情绪和面部表情被唤起时才会被激活。Gogolla推测，“我们认为，对情感的编码是进化保守的，因此人类和老鼠的编码可能有一些共同特征。”(文乐乐)