אבולוציה מתכנסת: זיהוי פנים נעשה באופן דומה במוח האדם ובמערכות בינה מלאכותית

אבולוציה מתכנסת: זיהוי פנים נעשה באופן דומה במוח האדם ובמערכות בינה מלאכותית

אנו מזהים פנים של אנשים סביבנו בשיחת וידאו או במפגש פנים אל פנים ללא מאמץ אולם האופן שבו פענוח הפנים שאנו רואים בתוך מוחנו נותר נותר לא ברור למדענים. מחקר חדש שופך אור על יכולת זו של בני האדם. המדענים ממכון ויצמן במעבדה של פרופסור’ רפי מלאך במחלקה לנוירוביולוגיה, מצאו דמיון מובהק בין הדרך שבה מקודדות פנים במוח האדם לבין האופן שבו הן מקודדות במערכות בינה מלאכותית הקרויות “רשתות עצביות עמוקות” (deep neural networks).

זיהוי פנים מתרחש בתהליך ייחודי. כאשר אנחנו רואים פנים, תאי עצב ייעודיים בקליפת המוח הראייתית המגיבים לפנים אך לא לאובייקטים אחרים, מופעלים ו”יורים” את אותותיהם. אך באיזה אופן הפעלה של תאי עצב בודדים מיתרגמת בסופו של דבר לזיהוי פנים? פרופ’ מלאך ותלמידת המחקר שני גרוסמן הציעו לבחון שאלה זו בעזרת  השוואה בין פעילות מוח האדם לבין פעילותן של רשתות עצביות עמוקות. מערכות ממוחשבות אלה, שחוללו מהפכה בתחום הבינה המלאכותית, מאומנות לבצע מטלות שונות על סמך מאגרי נתונים גדולים. בשנים האחרונות מערכות אלה השתפרו באופן כה דרמטי עד שהן מסוגלות כיום לבצע מטלות זיהוי במידת הצלחה דומה לבני-אדם ואף טוב מהם, בפרט בזיהוי פנים.

גרוסמן וגיא גזיב, תלמיד מחקר במחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית, ניתחו נתונים שנאספו מקבוצת נבדקים ייחודית המורכבת מחולי אפילפסיה שלמוחם הוחדרו אלקטרודות לצורך אבחון רפואי במעבדתו של הדוקטור אשֵש מהטה במכון פיינשטיין למחקר רפואי בניו יורק. במהלך אשפוזם למטרה זו, החולים התנדבו לבצע משימות מחקר שונות. לנבדקים הללו החוקרים הציגו פרצופים ממאגרי תמונות שונים, כולל דיוקנאות של ידוענים, ונמדדה הפעילות המוחית שלהם מאזור במוח שאחראי על תפיסה חזותית של פרצופים. המדענים מצאו שכל דימוי שהוצג לנבדקים גרם לדפוס ייחודי של הפעלת תאי עצב, כלומר הפעלת קבוצות שונות של תאי עצב בעוצמות שונות. המעניין הוא כי היו זוגות פנים שהובילו לדפוסי פעילות מוחית דומים – כלומר, היו להם “חתימות” דומות מבחינת הפעילות המוחית – והיו כאלה שהובילו לדפוסי פעילות שונים מאוד.

המדענים ביקשו לברר האם דפוסי החתימות שגילו משחקים תפקיד חשוב ביכולת שלנו לזהות פנים. על מנת לעשות זאת הם השוו את האופן שבו בני-אדם מזהים פנים לאופן שבו רשת עצבית עמוקה בעלת יכולת זיהוי דומה לזו של בני-אדם, עושה זאת. רשת זו נוצרה בהשראת מערכת הראייה האנושית, והיא מכילה רכיבים מלאכותיים המקבילים לתאי עצב. כדי לזהות פנים, תאי העצב המלאכותיים המאורגנים באופן היררכי ביותר מ-20 “שכבות”, מעבדים מאפייני פנים שונים – מפשוטים ביותר, כמו קווים וצורות בסיסיות, דרך מורכבים יותר כגון חלקי עין או חלקי פנים אחרים, ועד המדויקים ביותר כגון זהותו של אדם מסוים. המדענים שיערו שבמידה שדפוסי הקידוד שמצאו במוח אכן חיוניים ליכולת לזהות פנים, עשויות להימצא “חתימות” דומות גם במערכת המלאכותית. על מנת לבדוק זאת, המדענים הציגו למערכת את אותם הדימויים שהראו למתנדבים. לאחר מכן בדקו החוקרים האם הדימויים הובילו לדפוסי הפעלה ייחודיים בעלי מבנה דומה לאלה שהתגלו במתנדבים.

במחקר המתפרסם בכתב-העת המדעי Nature Communications, נטלו חלק גם מיכל הראל מהמחלקה לנוירוביולוגיה, פרופ’ מיכל אירני מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית וחברי קבוצתו של ד”ר מהטה במכון פיינשטיין למחקר רפואי בארצות הברית.

המדענים מצאו כי יש קיים דמיון מובהק בין מערכות הזיהוי של בני-אדם ושל הרשת המלאכותית. הדמיון היה מוגבל רק לשכבות האמצעיות של הרשת – אלה המקודדות את מראה הפנים עצמן ולא את הזהות המופשטת יותר של בעל הפנים. הפרופסור מלאך מסביר כי “ניתן ללמוד הרבה מכך ששתי מערכות שונות כל כך – זו הביולוגית וזו המלאכותית – פיתחו מאפיינים דומים. הייתי קורא לזה אבולוציה מתכנסת – ממש כשם שכנפיים של מטוסים שהן מעשה ידי אדם, דומות לכנפיים של חרקים, ציפורים ואפילו יונקים. התכנסות זו מצביעה על החשיבות של דפוסי קידוד ייחודיים בזיהוי פנים”.

“הממצאים שלנו תומכים בתיאוריה על-פיה דפוסי הפעלה ייחודיים של תאי עצב בתגובה לפנים שונות, והיחס בין דפוסים אלה, משחקים תפקיד מפתח בדרך שבה המוח מזהה פנים”, אומרת גרוסמן. “ממצאים אלה עשויים, מצד אחד, לקדם את ההבנה כיצד תפיסה של פנים וזיהוים מקודדים במוח האדם, ומצד שני, לעזור לשפר את הביצועים של רשתות מלאכותיות באמצעות התאמתן לדפוסי התגובה של המוח”.

 


דילוג לתוכן