Η αναγνώριση προσώπων είναι απαραίτητη για το πώς αλληλεπιδράμε στις σύνθετες κοινωνίες και συχνά θεωρείται ότι είναι μια ικανότητα που για να υπάρχει απαιτεί την ανώτερη πολυπλοκότητα του μεγάλου ανθρώπινου εγκεφάλου.
Ωστόσο, νέα στοιχεία που δημοσιευτικαν στα Frontiers in Psychology δείχνουν ότι έντομα όπως η μέλισσα ( Apis mellifera ) και η ευρωπαϊκή σφήκα ( Vespula vulgaris ) χρησιμοποιούν μηχανισμούς οπτικής επεξεργασίας που είναι παρόμοιοι με τους ανθρώπινους , γεγονός που καθιστά δυνατή την αξιόπιστη αναγνώριση προσώπου.
Αυτό συμβαίνει παρά το μικρό μέγεθος των εγκεφάλων των εντόμων. Όντως οι εγκέφαλοι τους περιέχουν λιγότερα από ένα εκατομμύριο εγκεφαλικά κύτταρα, σε σύγκριση με τα 86.000 εκατομμύρια που αποτελούν έναν ανθρώπινο εγκέφαλο.
Το να κατανοήσουμε ποιο μέγεθος εγκεφάλου μπορεί να επιτρέψει την αποτελεσματική επίλυση σύνθετων διεργασιών είναι ασφαλώς κάτι πολύ ενδιαφέρον, αλλά έχει και πρακτικές προεκτάσεις. Μας επιτρέπει να καταλάβουμε πως μπορεί να έχουν εξελιχθεί οι μεγάλοι εγκέφαλοι και πώς θα μπορούσαμε και εμείς να σκεφτούμε παρόμοιο σχεδιασμό για εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης (AI) που θα μπορούσαν να αντιγράψουν και να αντικατοπτρίζουν την αποτελεσματικότητα των βιολογικών εγκεφάλων.
image source : www.shutterstock.com
Εύκολο, αλλά πολύπλοκο
Είμαστε πραγματικά πολύ καλοί στην αναγνώριση γνωστών προσώπων. Σκεφτείτε μια περίπτωση συνάντησης με ένα φίλο μας σε έναν σιδηροδρομικό σταθμό όπου υπάρχουν εκατοντάδες άνθρωποι που περνούν, στέκονται περπατούν και όλοι κινούνται προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Ξαφνικά, με μια ματιά μας που θα πέσει πάνω στο γνωστό μας πρόσωπο, έστω και από απόσταση, και αμέσως βρήκαμε το φίλο μας - τον αναγνωρίσαμε δηλαδή με μια αστραπιαία ματιά. Αυτό φαίνεται πανεύκολο για μας, ο εγκέφαλος μας έχει την ικανότητα και λύνει ένα τέτοιου είδους πρόβλημα αμέσως αλλά οι διάφορες λύσεις της τεχνητής νοημοσύνης συχνά αγωνίζονται να αναγνωρίσουν πρόσωπα σε πολύπλοκες καταστάσεις.
image source : www.shutterstock.com
Η εμπειρία μας στην αναγνώριση των προσώπων βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην "ολιστική επεξεργασία" - τη συγκόλληση διαφορετικών χαρακτηριστικών του προσώπου για την παροχή του αποτελέσματος της ανώτερης αναγνώρισης. Αυτό θεωρείται ότι είναι μια εξελιγμένη γνωστική διαδικασία που αναπτύσσεται με την εμπειρία μας στην επαναλαμβανόμενη έκθεση προσώπων. Μόλις εξοικειωθούμε με ένα πρόσωπο, τα διαφορετικά χαρακτηριστικά - όπως τα μάτια, η μύτη, το στόμα και τα αυτιά - επεξεργάζονται μαζί ως "gestalt" (μια δομή που ενσωματώνει όλα τα στοιχεία) ώστε αυτό να μας επιτρέψει να αναγνωρίσουμε αξιόπιστα και αποτελεσματικά τα διάφορα άτομα.
Είναι ενδιαφέρον ότι, ενώ η ολιστική επεξεργασία χρησιμοποιείται συνήθως για την αναγνώριση προσώπων, όταν γίνουμε ειδικοί σε άλλα οπτικά καθήκοντα - όπως πχ ένας κριτής στις εκθέσεις σκυλιών ή ο ενασχολούμενος με την συλλογή κλασικών αυτοκινήτων - τότε ο εγκέφαλός μας χρησιμοποιεί πάλι αυτήν την ολιστική επεξεργασία για να επιτρέψει ανώτερες ικανότητες αναγνώρισης και σε αυτούς τους τομείς .
Η ολιστική επεξεργασία μπορεί ως εκ τούτου να είναι μια γενική αρχή για την αναγνώριση σημαντικών αντικειμένων. Αυτό είναι χρήσιμο ευρύτερα, επειδή σημαίνει ότι η ολιστική επεξεργασία θα μπορούσε να έχει αξία για την ανάπτυξη βελτιωμένων λύσεων AI, όπως πχ για γρήγορη και ακριβή αναγνώριση των χωροκατακτητικών φυτών στην ταχέως αναπτυσσόμενη βιομηχανία της αγροτικής τεχνολογίας .
Μας ενδιαφέρει πολύ να μάθουμε πόσο γενικά ισχύουσα μπορεί να είναι η αρχή της ολιστικής επεξεργασίας στα διάφορα ζώα, και να εξετάσουμε πώς τα έντομα θα μπορούσαν να επιλύσουν το στόχο αναγνώρισης προσώπου.
image source : www.shutterstock.com
Φέρτε τα έντομα
Η μέλισσα είναι ένα πολύ προσβάσιμο ζώο για την κατανόηση της οπτικής επεξεργασίας. Μεμονωμένες μέλισσες μπορούν να εκπαιδευτούν για να μάθουν σύνθετα προβλήματα με αντάλλαγμα τη συλλογή γλυκιάς ζαχαρένιας ανταμοιβής. Πρόσφατα αναπτύξανε μεθόδους για τη δοκιμή σφηγκών με τον ίδιο τρόπο.
Η υπάρχουσα έρευνα ΛΟΙΠΌΝ μας δείχνει ότι οι μέλισσες και οι σφήκες μπορούν να μάθουν να αναγνωρίζουν τα ανθρώπινα πρόσωπα.
Άλλα στοιχεία - από μια ερευνητική ομάδα των ΗΠΑ - δείχνουν ότι οι χαρτόσφηγκες ( Polistes fuscatus ) μπορούν να μάθουν με ακρίβεια τα πρόσωπα άλλων χαρτόσφηγκων και φαίνεται να έχουν εξελίξει εξειδικευμένους εγκεφαλικούς μηχανισμούς για την επεξεργασία αυτής τής αναγνώρισης .
Αυτό που μας έλειπε όμως ήταν η κατανόηση του κατά πόσο αυτό συΜΒΑΊΝΕΙ στα έντομα λόγω της απλής ερμηνείας των χαρακτηριστικών του προσώπου ή της πιο περίπλοκης ερμηνείας της «ολόκληρης εικόνας» - της ολιστικής επεξεργασίας του προσώπου - όπως συμβαίνει στους ανθρώπους.
Αποφασίσανε να εξετάσουνε τη δυνατότητα ολιστικής επεξεργασίας του προσώπου τόσο στην μέλισσα όσο και στην ευρωπαϊκή σφήγκα, χρησιμοποιώντας εκπαιδευμένα <<πειραματο-έντομα>> (ΟΠΩΣ ΛΕΜΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΌΖΩΑ) για να ολοκληρώσουν το τεστ με ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΑΠΟ πρόσωπα.
Δοκιμή επεξεργασίας προσώπου
Υπάρχουν ήδη δύο πολύ χρήσιμα ΤΕΣΤ που αφορούν ΤΗΝ διαπίστωση ότι τα ανθρώπινα υποκείμενα χρησιμοποιούν ολιστική επεξεργασία προσώπου: αυτά είναι το φαινομενο της τμηματικης σύνθεσης και το το φαινομενο του σύνθετου προσώπου .
Το το φαινομενο της τμηματικης σύνθεσης αποκαλύπτει ότι όταν χαρακτηριστικά ενος προσώπου όπως τα μάτια, η μύτη ή το στόμα αντιλαμβάνονται μεμονωμένα, είναι πιο δύσκολο να αναγνωριστεί ένα πρόσωπο σε σύγκριση με το όταν τα χαρακτηριστικά αυτά αντιμετωπίζονται στο πλαίσιο ενός πλήρους προσώπου.
Το φαινόμενο σύνθετου προσώπου αναφέρεται στη μεγάλη πτώση της ακρίβειας των επιδόσεων όταν τα σωστά χαρακτηριστικά του εσωτερικού προσώπου - όπως τα μάτια, η μύτη και το στόμα - βλέπονται μεν από κάποιον ως έχουν πλην όμως σε πλαίσιο εσφαλμένων εξωτερικών χαρακτηριστικών.
Στην ανθρώπινη επεξεργασία οικείων προσώπων, τα διαφορετικά στοιχειώδη χαρακτηριστικά είναι κολλημένα μεταξύ τους σε ένα gestalt (συνολική αντίληψη) ώστε να επιτρέπουν μια βελτιωμένη ακρίβεια αναγνώρισης προσώπου.
Representation of information a bee may see in a face. Adrian Dyer, Author provided
Ξέρω αυτό το πρόσωπο
Όταν χρησιμοποιήσανε αυτές τις αρχές για να δοκιμάσουνε τα έντομα, τόσο οι μέλισσες όσο και οι σφήκες μπορούσαν να μάθουν αχρωματικές (ασπρόμαυρες) εικόνες ανθρώπινων προσώπων.
Τόσο οι μέλισσες όσο και οι σφήκες έλαβαν τέσσερα επιπλέον χωριστά τεστς. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι παρά το γεγονός ότι τα αυτά τα έντομα δεν έχουν εξελικτικό λόγο για την επεξεργασία ανθρώπινων προσώπων, οι εγκέφαλοί τους μπορούν και μαθαίνουν να κάνουν μια αξιόπιστη αναγνώριση δημιουργώντας ολιστικές αναπαραστάσεις σύνθετων εικόνων. Έτσι αυτοί οι μικροσκοπικοί εγκέφαλοι μπορούν και βάζουν μαζί τα χαρακτηριστικά για να αναγνωρίσουν ένα συγκεκριμένο ανθρώπινο πρόσωπο
Γνωρίζουμε λοιπόν τώρα ότι οι μικροί εγκέφαλοι των εντόμων μπορούν αξιόπιστα να αναγνωρίσουν τουλάχιστον έναν περιορισμένο αριθμό προσώπων. Αυτό υποδηλώνει ότι στους ανθρώπους, το πλεονέκτημα του μεγάλου μας εγκεφάλου μπορεί να είναι απλά ο πολύ μεγάλος αριθμός ατόμων που μπορούμε να θυμηθούμε.
Αυτές οι νέες πληροφορίες μας βοηθούν να καταλάβουμε πόσο πολύ η εξειδικευμένη τεχνογνωσία επεξεργασίας προσώπου μπορεί να έχει εξελιχθεί σε ανθρώπους και άλλα πρωτεύοντα.
Οι ενδείξεις ότι η ολιστική επεξεργασία χρησιμοποιείται από διαφορετικά ζώα για μια ποικιλία σύνθετων οπτικών προβλημάτων υποδηλώνει ότι αυτό μπορεί να είναι χρήσιμη προσέγγιση για να εξερευνηθεί και η ανάπτυξη λύσεων AI για αξιόπιστη αναγνώριση.