资料来源:新智元

这篇文章大约有1632字，建议阅读4分钟。

本文介绍了马克斯·普朗克神经生物学研究所科学家发表的一项新研究:首次使用机器学习算法来破译老鼠的面部表情。

几天前，一项名为“老鼠情绪状态的面部表情及其情绪神经相关性”(老鼠情绪状态的面部表情及其与神经元的关系)的研究在《科学》杂志上发表，引起了广泛关注。

论文地址:

https://science.sciencemag.org/content/368/6486/89

在这项研究中，马克斯·普朗克神经生物学研究所的研究人员使用机器学习算法来破译实验室老鼠看似神秘的面部表情。这项工作可能会揭示人类大脑中编码特定表达的神经元的精确位置，也可能会影响我们治疗情绪障碍的方式。

大卫·安德森

加州理工学院的神经科学家大卫·安德森说:这项研究是理解情绪的某些神秘方面以及它们在大脑中如何表达的“重要的第一步”。

达尔文情感表达的例子:(1)人类对恐惧的表达；黑猩猩表现出失望和愠怒；(c)猫表示敌意,( d)狗表示敌意。

大约150年前，查尔斯·达尔文提出，动物的面部表情，像人类一样，可能是情感表达的窗口。但是研究人员最近才获得了一些工具，比如强大的显微镜、照相机和基因技术，这些工具能够可靠地捕捉和分析面部动作，并研究大脑中情绪是如何产生的。

纳丁·戈古拉

“我们对人类的情绪状态很着迷，”主持这项为期三年的研究的马克斯·普朗克神经生物学研究所的神经科学家纳丁·戈格拉说。“我想看看我们能否通过动物研究了解这些状态在大脑中是如何出现的。”

Gogolla的灵感来源于2014年发表在《细胞》杂志上的一篇题为《跨物种情感研究框架》的论文。这项研究是由加州理工学院的大卫·安德森和拉尔夫·阿道夫斯进行的。

论文地址:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.03.003

在这项研究中，作者认为情绪等“大脑状态”应该表现出特定的特征，例如，它们应该是持续的，并且在诱发它们的刺激消失后持续一段时间。此外，它们应该随着刺激的强度而延长。

如何测量鼠标表情

Gogolla的团队固定了老鼠的头部，让它们保持静止，然后提供不同的感官刺激来引发特定的情绪并拍摄老鼠的脸。例如，研究人员将甜味或苦味的液体涂在这些老鼠的嘴唇上，以唤起快乐或厌恶。他们还对老鼠的尾巴进行小而痛苦的电击，或者注射氯化锂来引起不适。

老鼠的六种面部表情，从左到右:厌恶、快乐、痛苦、恐惧、恶心和逃避

科学家们知道，老鼠可以通过移动耳朵、脸颊、鼻子和上眼睛来改变它们的表情，但是它们不能准确地将表情分配给特定的情感。因此，当动物对不同的刺激做出反应时，它们会将面部肌肉运动的视频分解成超短的快照。

然而，仅凭观察无法确定这些情绪的强度。因此，神经生物学家为每一种面部表情建立描述符，并训练计算机在一秒钟内检测到它。Gogolla说这有效地“测量”了情感。

机器学习算法可以识别不同的表情，这些表情是由一组特定面部肌肉的运动产生的。这些表达与诱发的情绪状态有关，如快乐、厌恶或恐惧。例如，一只快乐的老鼠把它的鼻子拉到嘴边，把它的耳朵和下巴向前拉。相反，当它感到疼痛时，它会收回耳朵，鼓起脸颊，有时会眯起眼睛。面部表情具有安德森和阿道夫斯提出的特征。例如，它们是持久的，并且它们的强度与刺激强度相关。

卡米拉·贝隆

“这种观察面部表情的方法是一大优势，因为它避免了实验者的任何偏见，”在瑞士日内瓦大学研究神经精神疾病的卡米拉·贝隆说。

然后，科学家寻找可能在大脑中编码这些情绪的脑细胞。他们使用一种被称为“光遗传学”的技术来瞄准老鼠的单个神经回路，这种神经回路已经被证明能够引发人类和其他动物的特定情绪。当作者直接刺激这些神经回路时，老鼠会做出相应的面部表情。

最后，该小组使用了一种叫做“双光子钙成像”的技术来识别老鼠大脑中只有在特定的情绪和面部表情被唤起时才被激活的单个神经元。

“它们可能代表了大脑中情感编码的一部分，”戈古拉推测道。“我们认为情感编码可能是进化保守的，所以人类和老鼠的编码可能有一些共同的特征。”

参考链接:

https://www.nature.com/articles/d4158020-01007

https://edition . CNN . com/2020/04/02/world/mice-face-expressions-SCN-trnd/index . html

http://www . science daily . com/releases/2020/04/200402144430 . htm

-完毕-

关注官方微信公众平台“艾数据派”和清华-青岛数据科学研究院姐妹号“数据派THU”，获取更多讲座收益和优质内容。