חדשות

במכון ויצמן גילו התאמה בין קידוד פנים במוח האדם לזה של בינה מלאכותית

ממצאי המחקר עשויים לקדם את ההבנה כיצד תפישה של פנים וזיהוים מקודדים במוח האדם, לשפר ביצועי מערכות מלאכותיות ולהתאימן לדפוסי התגובה במוח

זוגות פנים הובילו לדפוסי פעילות מוחית דומים, היו להם "חתימות" דומות מבחינת הפעילות המוחית

היכולת האנושית, באמצעות מנגנון מוחי, לזהות פנים בתוך שבריר שנייה דומה לזו של מערכת מתחום הבינה המלאכותית. כך עלה ממחקר חדש השופך אור על היכולת האנושית לזהות פנים. עד כה המנגנון המוחי שמאפשר זאת נחשב לתעלומה. המחקר בוצע במעבדתו של פרופ' רפי מלאך מהמחלקה לנוירו-ביולוגיה במכון ויצמן בשיתוף צוות מחקר רפואי בניו יורק ודווח עליו השבוע ב-Nature Communications.

החוקרים מצאו, כאמור, דמיון מובהק בין הדרך שבה מקודד המוח פנים במוח לבין האופן שבו הפנים מקודדים במערכות בינה מלאכותית הקרויות "רשתות עצביות עמוקות" (deep neural networks).

פרופ' מלאך הסביר: "כאשר אנחנו רואים פנים, תאי עצב ייעודיים שבקליפת המוח הראייתית מגיבים לפנים אך לא לאובייקטים אחרים. במצב זה הם מופעלים ו'יורים' את אותותיהם. אך כיצד הפעלה של תאי עצב בודדים מתרגמת בסופו של דבר לכדי זיהוי פנים?".

צמדים של תמונות פנים הממוקמים בתרשים לפי מידת הדמיון בין התמונות. הציר האנכי מציג נתונים ממחקר בבני-אדם; הציר האופקי – מהרשת העצבית העמוקה. רוב הזוגות מסודרים בקו אלכסוני, עובדה המצביעה על דמיון בין קידוד הפנים במוח וברשת המלאכותית. למשל, וודי אלן ומרילין מונרו מקודדים באופן שונה אחד מהשני גם במוח וגם ברשת, ובתרשים הדבר בא לידי ביטוי בכך שהם נמצאים גבוה בשני הצירים

החוקרים בחנו את הסוגיה הזאת באמצעות השוואה בין פעילות מוח האדם לבין פעילותן של רשתות עצביות עמוקות. מערכות ממוחשבות אלו, שחוללו מהפכה בתחום הבינה המלאכותית, מאומנות לבצע מטלות שונות על סמך מאגרי נתונים גדולים. בשנים האחרונות מערכות אלו השתפרו באופן כה דרמטי עד שהן מסוגלות כיום לבצע מטלות זיהוי במידת הצלחה דומה לבני אדם ואף טוב מהם, בפרט בזיהוי פנים.

תלמידי המחקר, שני גרוסמן ממעבדתו של פרופ' מלאך וגיא גזיב מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית, ניתחו נתונים שנאספו מקבוצת נבדקים המורכבת מחולי אפילפסיה. למוחם הוחדרו אלקטרודות לצורך אבחון רפואי. הדבר נעשה במעבדתו של ד"ר אשֵש מהטה במכון פיינשטיין למחקר רפואי בניו יורק. בזמן אשפוזם למטרה זו, התנדבו החולים למשימות מחקר שונות. לנבדקים הוצגו פרצופים ממאגרי תמונות שונים, כולל דיוקנאות של ידוענים ונמדדה הפעילות המוחית שלהם באזור במוח שאחראי על התפישה החזותית של פרצופים.

כך נתגלה שכל אחד מהדימויים שהוצגו לנבדקים הוביל לדפוס ייחודי של הפעלת קבוצות שונות של תאי עצב ובעוצמות שונות. המעניין הוא שהיו זוגות פנים שהובילו לדפוסי פעילות מוחית דומים. כלומר, היו להם "חתימות" דומות מבחינת הפעילות המוחית, והיו כאלה שהובילו לדפוסי פעילות שונים מאוד.

תמונות פנים אשר הובילו לדפוסי פעילות דומים (שמאל) ושונים (ימין) של קבוצות תאי עצב. כל עמודה מציגה את התגובה לפנים שבתמונה כפי שנרשמה באלקטרודה במיקום מסוים בקליפת המוח הראייתית. ככל שהעמודה גבוהה ובהירה יותר, כך התגובה הייתה חזקה יותר

בהמשך רצה צוות המחקר לדעת אם דפוסי החתימות משחקים תפקיד חשוב ביכולת לזהות פנים. לשם כך השוו את האופן שבו בני אדם מזהים פנים לבין האופן שבו רשת עצבית עמוקה, בעלת יכולת זיהוי דומה לזו של בני אדם, עושה זאת. הרשת נוצרה בהשראת מערכת הראייה האנושית. היא מכילה רכיבים מלאכותיים מקבילים לאלה של תאי העצב.

על מנת לבצע זיהוי פנים, תאי העצב המלאכותיים, המאורגנים באופן היררכי ביותר מ-20 "שכבות", מעבדים מאפייני פנים שונים – החל מהפשוטים ביותר, כגון קווים וצורות בסיסיות, דרך מורכבים יותר כגון חלקי עין או חלקי פנים אחרים, ועד למדויקים ביותר כגון זהותו של אדם מסוים.

המדענים שיערו כי במידה שדפוסי הקידוד שמצאו במוח אכן חיוניים ליכולת לזהות פנים, עשויות להימצא "חתימות" דומות גם בפעילות של מערכת מלאכותית. כדי לבחון זאת, הציגו למערכת אותם הדימויים שהראו למתנדבים. לאחר מכן בדקו אם הדימויים הובילו לדפוסי הפעלה ייחודיים בעלי מבנה דומה לאלה שהתגלו בקרב המתנדבים.

כך נתגלה שאכן קיים דמיון מובהק בין מערכות הזיהוי של בני אדם ושל הרשת המלאכותית. הדמיון היה מוגבל רק לשכבות האמצעיות של הרשת – אלו המקודדות את מראה הפנים עצמן ולא את הזהות המופשטת יותר של בעל הפנים.

פרופ' מלאך: "אפשר ללמוד הרבה מכך ששתי מערכות שונות כל כך – הביולוגית והמלאכותית – פיתחו מאפיינים דומים. הייתי קורא לזה 'אבולוציה מתכנסת' - ממש כשם שכנפיים של מטוסים, שהן מעשה ידי אדם, דומות לכנפיים של חרקים, ציפורים או עטלפים. התכנסות זו מצביעה על החשיבות של דפוסי קידוד ייחודיים בזיהוי פנים".

"ממצאי המחקר תומכים לכן בתיאוריה לפיה דפוסי הפעלה ייחודיים של תאי העצב בתגובה לפנים שונות, והיחס בין דפוסים אלה, משחקים תפקיד מפתח בדרך שבה המוח מזהה פנים", הוסיפה גרוסמן. "הממצאים עשויים, מצד אחד, לקדם את ההבנה כיצד תפישה של פנים וזיהוים מקודדים במוח האדם ומצד שני גם לעזור לשפר את הביצועים של רשתות מלאכותיות באמצעות התאמתן לדפוסי התגובה של המוח".

שאר משתתפי המחקר היו: מיכל הראל מהמחלקה לנוירוביולוגיה, פרופ' מיכל אירני מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית במכון ויצמן וחברי קבוצתו של ד"ר מהטה במכון פיינשטיין למחקר רפואי בארה"ב.

נושאים קשורים:  זיהוי פנים,  בינה מלאכותית,  תאי עצב,  מנגנון מוחי,  מכון ויצמן,  פרופ' רפי מלאך,  חדשות
תגובות