"את נראית לי מוכרת..." מנגנונים עצביים המעורבים בזיהוי פנים אנושיות

חוקרת: אילנה ציון-גולומביק
מנחה: פרופ' שלמה בנטין
המחלקה לפסיכולוגיה והחוג למדעי הקוגניציה, האוניברסיטה העברית בירושלים
המחקר התנהל כחלק מעבודת הדוקטור של אילנה ציון-גולומביק, בשנים 2005-2007.

שאלת המחקר
מהם המנגנונים העצביים העומדים מאחורי היכולת המיוחדת שלנו לזהות פנים?

כלי המחקר
במחקר נעשה שימוש בשיטה למדידת הפעילות החשמלית במוח - Electroencephalography - EEG. אלקטרודות המונחות על ראשו של הנבדק קולטות את השדה החשמלי שנוצר מפעילותם של עשרות אלפי נוירונים בקליפת המוח.

האות החשמלי המתקבל בשיטה זו מורכב, וניתן להפיק ממנו מידע על סוגים שונים של פעילויות מוחיות. במחקר זה התמקדנו בשני מדדים לפעילות המוח:

1. רכיב ה-N170:
תגובה מוחית מוכרת אשר נמדדת ב-EEG בין 100-200 מילישניות לאחר הופעת הגירוי, ומקורה באזורים אחורי-צידי של המוח (בעיקר בצד ימין).
במחקרים קודמים רואים שה- N170 גדול יותר בתגובה לפנים מאשר לאובייקטים אחרים.
מסקנה א': ה-N170 משקף פעילות מוחית המיוחדת לעיבוד פנים.

בעבר הראינו שה-N170 דומה בתגובה לפנים אנושיות ולפנים של קופים.
מסקנה ב': למרות שה-N170 הוא ספציפי לפנים, הוא אינו מסביר את היכולת המיוחדת שלנו בזיהוי פנים

2. פעילות בתחום התדרים הגבוהים הקרוי "תחום הגמא":
מחקרים קודמים הראו שפעילות מוחית בתדרי גמא קימת בהרבה פעילויות קוגניטיביות "גבוהות" כגון תפיסה חזותית ושמיעתית, זיכרון, למידה וקשב. פעילות גמא גם מסייעת בסנכרון בין אזורים מוחיים שונים שפועלים ביחד כדי לבצע משימות מורכבות.

כיוון שזיהוי פנים הינו תהליך מורכב הדורש שיתוף פעולה בין מערכת לעיבוד חזותי לבין שליפת ידע מזיכרון, שיערנו שפעילות גמא מעורבת בתהליך.

הניסוי
השוונו את הפעילות המוחית בתגובה לפנים מוכרות לעומת פנים לא מוכרות.
הנבדקים צפו בתמונות שהופיעו על מסך מחשב. חצי מהתמונות היו של אנשים מפורסמים וחצי של אנשים לא מוכרים. הנבדקים התבקשו להסתכל על הפנים שהוצגו ולקבוע האם לדעתם הפנים יפות, מכוערות או ממוצעות.

בחרנו במשימה זו משתי סיבות:
א) רצינו לוודא שהנבדקים אכן מסתכלים על הפנים ומעבדים אותן.
ב) לא רצינו שהמשימה תהיה קשורה באופן ישיר למוכרות הפנים, מכיוון שהיינו מעוניינים לחקור את התהליכים המוחיים שמובילים לזיהוי "אוטומטי" של פנים מוכרות.

תוצאות הניסוי
N170 בתגובה לפנים מוכרות ולא-מוכרות:

בתמונה 1 רואים את התגובה המוחית החשמלית הממוצעת לאורך הזמן לאחר הגירוי (ציר ה-x).
ה-N170 מופיע בסביבות 150 מילישניות לאחר הגירוי, ואין הבדל בתגובת ה-N170 לפנים מוכרות ופנים שאינן מוכרות.

פעילות בתדרי גמא בתגובה לפנים מוכרות ולא מוכרות:

בתמונה 2 רואים את הפעילות המוחית בתדרים בין 40-100 הרץ (ציר ה-y) לאורך זמן מתחילת הגירוי (ציר ה-x, הגירוי הופיע בזמן 0), כאשר גובה הפעילות נמדד בצבעים שונים (אדום -גבוה, כחול -נמוך).
כ-100 מילישניות לאחר הגירוי יש עליה בפעילות בתדרים אלו, הנמשכת בערך שנייה. תגובה זו חזקה יותר בתגובה לפנים מוכרות לעומת פנים לא מוכרות.

דיון ומסקנות
תוצאות הניסוי מעידות כי שני המדדים שבדקנו בניסוי זה משקפים תהליכים מוחיים העוסקים בהיבטים שונים של עיבוד פנים.

ה-N170 הינה תגובה ספציפית לפנים, אך אינה רגישה לזהות של הפנים ( אינה מבחינה בין פנים מוכרות לבין פנים לא מוכרות ). אנו מציעים שתגובה זו משקפת זיהוי צורה כללית של פנים, ללא מידע נוסף. רעיון זה תואם את הממצא שה-N170 דומה בתגובה לפני אדם ולפני קוף.

בניגוד ל-N170, פעילות הגמא מושפעת מזהות הפנים ומוגברת בתגובה לפנים מוכרות לעומת פנים שאינן מוכרות.
אפשרות אחת לפרש ממצא זה היא שפעילות הגמא משקפת שליפה של ידע מהזיכרון המסייע בזיהוי האדם הנצפה.
אפשרות נוספת היא שהגברת הגמא משקפת הפנייה של משאבי קשב מוגברים לעיבוד פנים מוכרות, או הפעלה של מנגנונים משניים בעקבות זיהוי הפנים (כגון העלאת זיכרונות אישיים, הפעלת רגשות וכד'), מנגנונים שאינם רלוונטיים לפנים לא מוכרות.

בעוד ה-N170 הינה תגובה מהירה וחולפת, פעילות הגמא ממשיכה לאורך יותר משניה לאחר הגירוי - זמן ארוך מאד במונחים מוחיים. כך שיתכן ופעילות הגמא משקפת יותר מתהליך יחיד.

ממצאים אלו ואחרים הובילו אותנו להציע את המודל הבא לזיהוי פנים:

חשיבות המחקר ותוכניות לעתיד
בעקבות מחקר זה התחלנו בסדרה של מחקרים שמטרתם להתחקות אחרי המנגנונים העצביים המעורבים בלמידה של פנים חדשות, למידה של פרטים אישיים של אנשים ושליפה שלהם מהזיכרון בעת הצורך. בנוסף, בודקים מה קורה במוח במקרים של טעויות או חוסר הצלחה בזיהוי.

המחקר חשוב לרבים שחווים באופן יום-יומי את חשיבות היכולת לזהות פנים, ואת התסכול כשאנחנו לא מצליחים בכך. אנו מקווים כי חשיפת המנגנונים המוחיים העומדים בבסיס יכולת זו תעזור לנו להבין את התהליך, ותתרום לפיתוח שיטות לשיפור הזיכרון לפנים אצל אנשים בריאים ואצל אנשים בעלי לקויות בתחום הזיכרון והזיהוי החזותי.

הרחבה על...
"שאילת שאלות חדשות, ובחינת סוגיות ישנות מזווית חדשה דורשת דמיון יצירתי והיא המעידה על התקדמות מדעית אמיתית"
אלברט איינשטיין

שאלת מחקר - ביסודו של כל מחקר עומדת שאלה.
שאלה זו מגלמת בתוכה את הסקרנות המדעית שהובילה את החוקרים לערוך את המחקר המסוים.
התהליך המדעי מתקדם ככל ששואלים שאלות חדשות. כל שאלה מובילה לניסוי חדש ומספקת תוצאות שמצטרפות ומגדילות את הידע המדעי הקולקטיבי.

שאלת המחקר אינה רק תיאור של הנושא בו עוסק המחקר, אלא יש לה תפקיד מרכזי בעיצוב כל שלבי המחקר.
על החוקרים לנסח את שאלת המחקר שלהם באופן ממוקד ומדויק, כך שיוכלו לתכנן ניסוי אמפירי שיוכל לענות עליה. כלומר, השאלה צריכה להיות ברת-בדיקה.

לרוב יש לחוקרים תיאוריה המאפשרת להם לנבא מה תהיה התשובה לשאלת המחקר. עם זאת, השאלה צריכה להיות מנוסחת באופן אובייקטיבי ככל הניתן כך שהיא תאפשר גם תשובות שהחוקר לא בהכרח ציפה להן.

שאלת המחקר היא קריטית גם להבנת תוצאות הניסוי ומשמעויותיו - אלה יבחנו לאור השאלה ששאלנו.