우리 뇌는 어떻게 얼굴 인식 기술을 개발하는가: 새로운 얼굴 감지 뇌 회로

국립보건원(NIH)의 과학자들은 얼굴을 빠르게 인식하는 영장류의 뇌 회로를 발견했습니다. 이번 발견은 영장류가 어떻게 얼굴을 감지하고 인식하는지 설명하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 유아기부터 얼굴 인식 및 인식이 종종 손상되는 자폐증과 같은 상태를 이해하는 데에도 영향을 미칠 수 있습니다. 새로 발견된 회로는 먼저 상구(superior colliculus)라고 불리는 진화론적으로 오래된 뇌 부분과 연결되어 눈과 머리가 더 나은 보기를 위해 회전하도록 촉발할 수 있습니다. 이 더 나은 시각을 통해 측두엽 피질의 다양한 뇌 영역이 보다 복잡한 얼굴 인식에 참여할 수 있습니다. 해당 연구는 저널에 게재되었습니다.

NIH 산하 국립안과연구소(NEI)의 Richard Krauzlis 박사는 “얼굴을 빠르게 인식하는 것은 인간과 다른 영장류의 핵심 기술입니다. "새로 발견된 이 회로는 시력이 좋지 않은 주변 시야에 얼굴이 처음 나타나는 경우에도 우리가 어떻게 얼굴을 신속하게 감지하고 볼 수 있는지 설명합니다. 이 회로는 스포트라이트가 얼굴을 향하여 뇌가 인식하는 법을 배우는 데 도움이 될 수 있습니다. 개인을 이해하고 복잡한 얼굴 표정을 이해하여 중요한 사회적 상호 작용 기술을 습득하는 데 도움이 됩니다."

성인 영장류의 뇌는 얼굴 특징으로 개인을 인식하고 구별하는 능력을 제공하는 "얼굴 패치"라고 불리는 측두엽 피질의 특수 영역을 발달시킵니다. 그러나 얼굴 인식은 눈의 높은 예민 중심 시력이 제공하는 미세한 세부 사항에 따라 달라집니다. 얼굴을 인식하려면 먼저 얼굴을 직접 보아야 합니다.

아기는 태어나면 얼굴의 미세한 부분을 보는 데 필요한 높은 예민한 시력이 부족하며, 얼굴과 관련된 피질 영역은 나중에야 발달합니다. 그럼에도 불구하고 아기들은 일반적으로 아주 어릴 때부터 방향을 잡고 얼굴을 바라보는데, 이는 또 다른 과정이 진행되고 있음을 암시합니다.

이러한 관찰로 인해 과학자들은 다음과 같은 몇 가지 질문을 갖게 되었습니다. 미세한 세부 사항을 더 잘 보기 위해 뇌는 어떻게 눈을 얼굴 쪽으로 이동합니까? 뇌의 "얼굴 패치"가 발달하기 전에 이러한 얼굴 선호도를 제공하는 것은 무엇입니까? 그리고 뇌의 "얼굴 패치"는 우선 얼굴을 이해하는 능력을 어떻게 개발합니까?

Krauzlis와 동료들은 물체를 감지하는 것으로 알려진 상구가 잃어버린 고리를 제공할 수 있다는 가설을 세웠습니다. 중뇌의 일부인 이 부분은 뇌의 나머지 부분에 무언가가 어딘가에 존재하는지 알려줍니다. 즉, 그 물체가 무엇인지가 아니라 단순히 그것이 거기에 있는지 알려줍니다. 이는 매우 빠르게 기능하며 뇌의 운동 부분에 직접 연결되어 관심 있는 물체를 향해 눈의 움직임을 지시하거나 주변 시야에서 물체를 피하는 데 움츠립니다.

상구가 얼굴 감지에 구체적으로 도움이 될 수 있는지 테스트하기 위해 공동 제1저자인 Gongchen Yu 박사와 Leor Katz 박사는 얼굴, 생물학적 비얼굴 물체를 포함한 이미지 모음을 모았습니다. 손과 팔, 과일이나 인간이 만든 물건과 같은 기타 품목. 그런 다음 그들은 원숭이의 말초 시야에 있는 성체 원숭이에게 이 이미지를 보여주고 상구에서 신경 반응을 기록했습니다.

이전 연구에서는 상구에 의한 물체 감지가 물체에 구애받지 않는다고 제안했습니다. 즉, 뇌의 이 부분은 그것이 무엇인지 구분하지 않고 단지 무언가의 존재 또는 부재만 인지한다는 의미입니다. 그러나 이 연구에서 Krauzlis와 동료들은 40밀리초 이내에 측정된 뉴런의 절반 이상이 다른 유형의 물체에 비해 얼굴 이미지에 더 강하게 반응한다는 것을 발견했습니다. 일부 추가 뉴런은 결국 다른 유형의 객체에 대한 선호도를 표시했지만 100밀리초까지는 표시되지 않았습니다. 즉, 얼굴 특정 감지는 다른 물체의 감지보다 훨씬 빠르며, 측정된 뉴런의 상당 부분에서 선호되었습니다.

연구진은 또한 상구가 눈에서 직접 시각적 정보를 받을 수 있지만 이 물체 감지 과정에는 먼저 시각 피질의 초기 부분에서 입력이 필요하다는 것을 확인할 수 있었습니다.

상구는 나중에 시각 처리 경로에서 다시 시각 피질과 다시 연결되기 때문에 과학자들은 이 회로가 특정 물체의 중요성을 강조하는 메커니즘을 제공한다고 의심합니다.

Krauzlis는 “우리는 이 얼굴 선호 회로가 실제로 뇌의 보다 진보된 얼굴 인식 프로세스의 발달을 촉진할 수 있다고 믿습니다.”라고 말했습니다. "그렇다면 상구에서 얼굴 선호의 결함이 자폐증에 영향을 미칠 수 있습니다."

이 연구는 NEI 교내 프로그램의 지원을 받았습니다. 공동 저자인 Yu와 Katz 외에도 Christian Quaia 박사와 Adam Messinger 박사도 연구에 기여했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/07/240702134503.htm