Efekt odwrócenia twarzy
Efekt odwrócenia twarzy to zjawisko, w którym identyfikacja twarzy odwróconych (do góry nogami) w porównaniu z twarzami wyprostowanymi jest znacznie trudniejsza niż zrobienie tego samego w przypadku obiektów innych niż twarze.
Typowe badanie badające efekt odwrócenia twarzy polegałoby na przedstawieniu uczestnikom obrazów odwróconego i pionowego obiektu oraz określeniu czasu, jaki zajmuje im rozpoznanie tego obiektu jako tego, czym faktycznie jest (tj. obraz twarzy jako twarzy). Efekt odwrócenia twarzy występuje, gdy w porównaniu z innymi obiektami rozpoznawanie twarzy zajmuje nieproporcjonalnie więcej czasu, gdy są odwrócone, a nie ustawione pionowo.
Twarze są zwykle przetwarzane w specjalnych obszarach mózgu selektywnych dla twarzy, takich jak wrzecionowaty obszar twarzy . Jednak przetwarzanie odwróconych twarzy obejmuje zarówno obszary selektywne dla twarzy, jak i dodatkowe obszary wizualne, takie jak obszary widzenia średniego poziomu oraz obszary wrażliwe na sceny i przedmioty na wysokim poziomie obszaru miejsca przyhipokampowego i bocznej kory potylicznej . Wydaje się, że jest coś innego w odwróconych twarzach, co wymaga od nich również zaangażowania tych średnio- i wysokopoziomowych mechanizmów przetwarzania scen i obiektów.
Najbardziej potwierdzonym wyjaśnieniem, dlaczego rozpoznawanie twarzy zajmuje więcej czasu, gdy są odwrócone, jest hipoteza informacji konfiguracyjnej. Hipoteza informacji konfiguracyjnej głosi, że twarze są przetwarzane z wykorzystaniem informacji konfiguracyjnych w celu utworzenia holistycznej (całej) reprezentacji twarzy. Obiekty nie są jednak przetwarzane w ten konfiguracyjny sposób. Zamiast tego są przetwarzane fachowo (w częściach). Odwrócenie twarzy zakłóca przetwarzanie konfiguracyjne, zmuszając ją zamiast tego do przetwarzania charakterystycznego, tak jak inne obiekty. Powoduje to opóźnienie, ponieważ utworzenie reprezentacji twarzy zawierającej wyłącznie informacje lokalne zajmuje więcej czasu.
Neuronowe systemy rozpoznawania twarzy
Twarze są przetwarzane w oddzielnych obszarach mózgu na inne bodźce, takie jak sceny lub obiekty inne niż twarze. Na przykład wrzecionowaty obszar twarzy (FFA) to obszar mózgu selektywny dla twarzy, który jest używany tylko do przetwarzania twarzy. FFA reaguje bardziej na pionowe, ale nie odwrócone twarze, pokazując, że odwrócone twarze nie są wykrywane w taki sam sposób, jak pionowe twarze.
Selektywny względem scen obszar miejsca przyhipokampowego (PPA) przetwarza miejsca lub sceny środowiska wizualnego. Obszar rozpoznawania obiektów w bocznej korze potylicznej (LOC) bierze udział w przetwarzaniu obiektów. Razem te regiony są używane do przetwarzania odwróconych, ale nie pionowych ścian. Sugeruje to, że jest coś szczególnego w odwróconych twarzach w porównaniu do wyprostowanych twarzy, co wymaga od nich zaangażowania obszarów przetwarzania obiektów i scen.
Podczas przeglądania odwróconych twarzy nadal występuje pewna aktywność w obszarach rozpoznawania twarzy. Dowody wykazały, że obszar mózgu selektywny wobec twarzy, znany jako potylicznej (OFA), bierze udział w przetwarzaniu zarówno twarzy wyprostowanych, jak i odwróconych.
Ogólnie rzecz biorąc, mechanizmy przetwarzania twarzy i obiektów wydają się być oddzielne w mózgu. Rozpoznawanie pionowych twarzy obejmuje specjalne obszary rozpoznawania twarzy, ale rozpoznawanie twarzy odwróconych obejmuje obszary rozpoznawania zarówno twarzy, jak i innych bodźców.
Procesy rozpoznawania twarzy a obiektów
Rozpoznawanie twarzy
Informacje konfiguracyjne
Informacje konfiguracyjne, znane również jako informacje relacyjne, pomagają ludziom szybko rozpoznawać twarze. Polega na ułożeniu rysów twarzy , takich jak oczy i nos . Istnieją dwa rodzaje informacji konfiguracyjnych: informacje relacyjne pierwszego rzędu i informacje relacyjne drugiego rzędu.
Informacje relacyjne pierwszego rzędu składają się z relacji przestrzennych między różnymi cechami twarzy. Te zależności między cechami twarzy są wspólne dla większości ludzi, na przykład usta znajdują się pod nosem. Informacje relacyjne pierwszego rzędu pomagają zatem zidentyfikować twarz jako twarz, a nie jakiś inny obiekt.
Informacja relacyjna drugiego rzędu to wielkość relacji między cechami twarzy w stosunku do prototypu (modelu tego, jak powinna wyglądać twarz). Ten rodzaj informacji pomaga odróżnić jedną twarz od drugiej, ponieważ różni się ona między różnymi twarzami.
Holistyczne przetwarzanie
Holistyczne przetwarzanie twarzy opisuje postrzeganie twarzy jako całości, a nie sumy ich części . Oznacza to, że cechy twarzy (takie jak oczy czy nos) same w sobie nie są wyraźnie reprezentowane w mózgu, a raczej reprezentowana jest cała twarz.
Zgodnie z hipotezą informacji konfiguracyjnych rozpoznawania twarzy rozpoznawanie twarzy obejmuje dwa etapy, które wykorzystują informacje konfiguracyjne do tworzenia holistycznych reprezentacji twarzy.
Badanie wykazało, że aktywność mózgu polegająca na selektywności twarzy była opóźniona, gdy informacje konfiguracyjne twarzy zostały zakłócone (na przykład, gdy twarze były odwrócone). Oznacza to, że uczestnikom zajęło więcej czasu rozpoznanie twarzy, które widzieli jako twarze, a nie inne (niebędące twarzą) obiekty. Wyjaśnienie informacji konfiguracyjnych dla rozpoznawania twarzy jest zatem poparte obecnością efektu odwrócenia twarzy (opóźnienie, gdy twarze są odwrócone).
Etapy rozpoznawania twarzy
Pierwszym etapem rozpoznawania twarzy w hipotezie informacji konfiguracyjnej jest przetwarzanie informacji pierwszego poziomu. Na tym etapie wykorzystuje się informacje relacyjne pierwszego rzędu w celu wykrycia twarzy (tj. określenia, czy twarz jest w rzeczywistości twarzą, a nie innym obiektem). Budowa holistycznej reprezentacji twarzy następuje na tym wczesnym etapie przetwarzania twarzy, aby umożliwić szybkie wykrycie twarzy.
Kolejny etap, przetwarzanie informacji drugiego poziomu, odróżnia twarze od innych za pomocą informacji relacyjnych drugiego rzędu.
Rozpoznawanie obiektów
Wydaje się, że efekt inwersji nie występuje w przypadku obiektów innych niż twarze, co sugeruje, że twarze i inne obiekty nie są przetwarzane w ten sam sposób.
Rozpoznawanie twarzy obejmuje konfigurowane informacje do całościowego przetwarzania twarzy. Jednak rozpoznawanie obiektów nie wykorzystuje informacji konfiguracyjnych do tworzenia holistycznej reprezentacji. Zamiast tego każda część obiektu jest przetwarzana niezależnie, aby umożliwić jej rozpoznanie. Jest to znane jako metoda rozpoznawania cech. Ponadto tworzona jest wyraźna reprezentacja każdej części obiektu, a nie reprezentacja obiektu jako całości.
teorie
Hipoteza informacji konfiguracyjnej
Zgodnie z hipotezą informacji konfiguracyjnej efekt odwrócenia twarzy występuje, ponieważ informacji konfiguracyjnych nie można już używać do budowania holistycznej reprezentacji twarzy. Odwrócone twarze są natomiast przetwarzane jak obiekty, z wykorzystaniem informacji lokalnych (tj. indywidualnych cech twarzy) zamiast informacji konfiguracyjnych.
Podczas przetwarzania twarzy odwróconych w porównaniu z twarzami pionowymi występuje opóźnienie. Wynika to z faktu, że podczas przetwarzania odwróconych twarzy nie ma specyficznego holistycznego mechanizmu (patrz przetwarzanie holistyczne ), który umożliwia szybkie wykrywanie twarzy. Podczas oglądania odwróconych twarzy dostępne są tylko informacje lokalne, co zakłóca ten wczesny etap rozpoznawania, a tym samym uniemożliwia tak szybkie wykrywanie twarzy. Zamiast tego niezależne elementy są składane kawałek po kawałku, tworząc reprezentację obiektu (twarzy) i pozwalając widzowi rozpoznać, czym on jest.
Alternatywne hipotezy
Chociaż hipoteza przetwarzania konfiguracyjnego jest popularnym wyjaśnieniem efektu odwrócenia twarzy, teoria ta napotyka pewne wyzwania. W szczególności zasugerowano, że zarówno twarze, jak i obiekty są rozpoznawane przy użyciu mechanizmów przetwarzania cech, zamiast holistycznego przetwarzania twarzy i przetwarzania cech obiektów. Efekt odwrócenia twarzy nie jest zatem spowodowany opóźnieniem przetwarzania twarzy jako obiektów. Zamiast tego zaangażowany jest inny element. Następują dwa potencjalne wyjaśnienia.
Uczenie się percepcyjne
percepcyjne jest powszechnym alternatywnym wyjaśnieniem hipotezy przetwarzania konfiguracyjnego dla efektu odwrócenia twarzy. Zgodnie z teorią percepcyjnego uczenia się, częstsze prezentowanie bodźca (na przykład twarzy lub samochodu) sprawia, że bodziec ten jest łatwiejszy do rozpoznania w przyszłości.
Większość ludzi jest bardzo zaznajomiona z oglądaniem wyprostowanych twarzy. Wynika z tego, że udało się rozwinąć bardzo wydajne mechanizmy szybkiego wykrywania i identyfikacji pionowych twarzy. Oznacza to, że efekt odwrócenia twarzy byłby zatem spowodowany zwiększoną ilością doświadczenia w postrzeganiu i rozpoznawaniu twarzy wyprostowanych w porównaniu z twarzami odwróconymi.
Niezgodność schematu twarzy
Model niezgodności schematu twarzy został zaproponowany w celu wyjaśnienia niektórych brakujących elementów hipotezy informacji konfiguracyjnej. Zgodnie z modelem twarze są przetwarzane i przypisywane im znaczenie za pomocą schematów i prototypów.
Model definiuje schemat jako abstrakcyjne przedstawienie ogólnej struktury twarzy, w tym cech wspólnych dla większości twarzy (tj. struktury i relacji między cechami twarzy). Prototyp odnosi się do obrazu tego, jak wyglądałaby przeciętna twarz dla określonej grupy (np. ludzi lub małp). Po rozpoznaniu twarzy za pomocą schematu, nowe twarze są dodawane do grupy poprzez ocenę ich podobieństwa do pierwowzoru tej grupy.
Istnieją różne schematy dla twarzy pionowej i odwróconej: twarze pionowe są częściej oglądane, a zatem mają bardziej wydajne schematy niż twarze odwrócone. Efekt odwrócenia twarzy jest zatem częściowo spowodowany mniej wydajnymi schematami przetwarzania mniej znanej odwróconej formy twarzy. To sprawia, że model niezgodności schematu twarzy jest podobny do teorii percepcyjnego uczenia się, ponieważ obie uwzględniają rolę doświadczenia w szybkim rozpoznawaniu twarzy.
Integracja teorii
Zamiast tylko jednego wyjaśnienia efektu odwrócenia twarzy, bardziej prawdopodobne jest, że zastosowanie mają aspekty różnych teorii. Na przykład twarze mogą być przetwarzane z informacjami konfiguracyjnymi, ale rola doświadczenia może być ważna dla szybkiego rozpoznania określonego typu twarzy (tj. człowieka lub psa) poprzez budowanie schematów tego typu twarzy.
Rozwój
Możliwość szybkiego wykrywania i rozpoznawania twarzy była ważna we wczesnych latach życia człowieka i nadal jest przydatna. Na przykład mimika twarzy może dostarczać różnych sygnałów ważnych dla komunikacji . W związku z tym opracowano wysoce wydajne mechanizmy rozpoznawania twarzy, aby wspierać tę zdolność.
W miarę jak ludzie się starzeją, stają się bardziej zaznajomieni z prostymi ludzkimi twarzami i stale udoskonalają mechanizmy używane do ich rozpoznawania. Ten proces pozwala ludziom szybko wykrywać twarze wokół nich, co pomaga w interakcjach społecznych .
Około pierwszego roku życia niemowlęta są zaznajomione z twarzami w pozycji pionowej i dlatego są bardziej podatne na doświadczanie efektu odwrócenia twarzy. Z wiekiem lepiej rozpoznają twarze, więc efekt odwrócenia twarzy staje się silniejszy. Zwiększona siła efektu odwrócenia twarzy w czasie potwierdza hipotezę percepcyjnego uczenia się, ponieważ większe doświadczenie z twarzami skutkuje zwiększoną podatnością na ten efekt.
Im bardziej znajomy jest określony typ twarzy (np. człowiek lub pies), tym bardziej jest on podatny na efekt odwrócenia twarzy dla tej twarzy. Dotyczy to zarówno ludzi, jak i innych gatunków. Na przykład starsze szympansy zaznajomione z ludzkimi twarzami doświadczały efektu odwrócenia twarzy podczas oglądania ludzkich twarzy, ale ten sam rezultat nie wystąpił u młodszych szympansów zaznajomionych z twarzami szympansów. Efekt odwrócenia twarzy był również silniejszy w przypadku psów , gdy były one oglądane przez ekspertów od psów. Dowody te pokazują, że znajomość określonego typu twarzy rozwija się z czasem i wydaje się być konieczna do wystąpienia efektu odwrócenia twarzy.
Wyjątki
Istnieje szereg warunków, które mogą zmniejszyć lub nawet wyeliminować efekt odwrócenia twarzy. Dzieje się tak, ponieważ mechanizm używany do rozpoznawania twarzy poprzez tworzenie całościowych reprezentacji jest nieobecny lub zakłócony. Może to spowodować, że twarze będą przetwarzane w taki sam sposób, jak inne obiekty (niebędące twarzami).
Prozopagnozja
Prozopagnozja to stan charakteryzujący się niemożnością rozpoznawania twarzy. Kiedy osoby z prozopagnozją widzą twarze, zakręt wrzecionowaty (obszar rozpoznawania twarzy w mózgu) aktywuje się inaczej niż u osoby bez tej choroby. Ponadto podczas oglądania twarzy aktywowane są obszary rozpoznawania obiektów inne niż twarz (takie jak brzuszna kora potyliczno-skroniowa ) , co sugeruje, że twarze i przedmioty są przetwarzane w podobny sposób.
Osoby z prozopagnozją mogą być nienaruszone, a nawet korzystać z odwrócenia twarzy w zadaniach rozpoznawania twarzy. Zwykle przetwarzają wyprostowane twarze charakterystycznie, jak przedmioty. Odwrócone twarze są również przetwarzane fachowo, a nie holistycznie. Pokazuje to, że nie ma różnicy między przetwarzaniem pionowych i odwróconych twarzy, co wyjaśnia, dlaczego nie ma nieproporcjonalnego opóźnienia w rozpoznawaniu odwróconych twarzy.
Zaburzenia ze spektrum autyzmu
Podobnie jak osoby z prozopagnozją, osoby z zaburzeniami ze spektrum autyzmu (ASD) nie używają konfiguracyjnego mechanizmu przetwarzania, aby stworzyć holistyczną reprezentację twarzy. Zamiast tego mają tendencję do przetwarzania twarzy przy użyciu informacji lokalnych lub charakterystycznych. Oznacza to, że te same mechanizmy charakterystyczne są używane między przetwarzaniem pionowych twarzy, odwróconych twarzy i obiektów. W konsekwencji efekt odwrócenia twarzy jest mniej prawdopodobny u osób z ASD.
Istnieją jednak dowody na to, że rozwój holistycznego mechanizmu rozpoznawania twarzy u osób z ASD jest po prostu opóźniony, a nie brakujący. Oznaczałoby to, że faktycznie istniałaby różnica między przetwarzaniem pionowych i odwróconych twarzy. Dlatego osoby z ASD mogą ostatecznie stać się podatne na efekt odwrócenia twarzy.