Низкая пространственная частота изображения помогла распознать счастливые и испуганные лица

Китайские ученые проверили, как восприятие эмоциональной информации (выражения лица) связано с четкостью изображения. В статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, сообщается, что активация вызванного потенциала N170, отвечающего за обработку лиц, позволяет отличить счастливое и испуганное выражение лица от нейтрального при низкой четкости изображения, а при высокой четкости — только счастливых.

В процессе распознавания выражения лица важную роль играет пространственная частота (англ. spatial frequency) изображения — число циклов изменения светимости на один угол зрительного поля. На деле высокая и низкая пространственная частота изображения выражается в его повышенной или пониженной четкости: 

Визуальная информация с разной пространственной частотой также обрабатывается двумя разными нейронными механизмами: обработка менее четких изображений, которые характеризуются низкой пространственной частотой, включает в себя активацию миндалевидного тела. Такая активация характерна для обработки биологически релевантной эмоциональной информации, например, угрожающего выражения лица. При этом изображения с высокой пространственной частотой обрабатываются разными участками зрительных полей, что позволяет получить более детальную информацию.

В своей новой работе ученые из Ляонинского педагогического университета под руководством Вэйци Хэ (Weiqi He) проверили, как информация о выражении лица обрабатывается — в отношении времени — при разной пространственной частоте изображения лица. Для этого ученые провели эксперимент, в ходе которого участникам (всего их было 30) показывали изображения людей со счастливым, испуганным или нейтральным выражением лица. Пространственная частота изображений была изменена; участники видели отфильтрованные стимулы как с высокой, так и с низкой пространственной частотой.

Для того, чтобы изучить временные характеристики нейронного механизма обработки стимулов, ученые применили электроэнцефалографию (ЭЭГ) — метод нейровизуализации, обладающий высоким временным разрешением, то есть позволяющий регистрировать электрическую активность отдельных популяций нейронов с максимальной (относительно времени возникновения) точностью. Исследователи сосредоточились на изучении трех разновидностей вызванных потенциалов (то есть электрической реакции головного мозга на определенный стимул, как слуховой, так и зрительный), принимающих участие в распознавании лиц: негативный компонент N170, пик которого наблюдается в районе 170 миллисекунд после предъявления стимула, а также позитивные компоненты P1 (пик — через 100 миллисекунд) и P3 (пик — через 300 миллисекунд). P1 отражает немедленную, первичную обработку стимула, следующий за ним N170 — за конкретную обработку лица (его формы и других стандартных характеристик), а P3 — за позднюю обработку дополнительной информации (к ней как раз и относится обработка выражения лица и эмоций). 

Ученые предположили, что пространственная частота изображений будет влиять на нейронный ответ (выраженный в амплитуде вызванного потенциала) во время его обработки — и что он также будет зависеть и от выражения лица человека на изображении. В качестве основной экспериментальной парадигмы ученые выбрали быстрое последовательное визуальное предъявление (англ. rapid serial visual representation, коротко RSVP) — метод, при котором стимулы предъявляются один за другим, быстро сменяя друг друга (в этом эксперименте — через 232 миллисекунды). 

Результаты эксперимента показали, что компонент N170 активируется при обработке эмоциональных выражений лица в сравнении с нейтральным при низкой пространственной частоте изображения. При этом, при высокой пространственной частоте изображений N170 активируется только при обработке счастливого выражения лица в сравнении с нейтральным. Кроме того, активация P3 наблюдалась при обработке всех трех выражений лица при обеих пространственных частотах изображений.

Амплитуда компонентов вызванных потенциалов также зависела от типа стимула: обработка изображений с высокой пространственной частотой характеризовалась бóльшей амплитудой P1, а с низкой пространственной частотой — N170 и P3.

Авторы, таким образом, пришли к выводу, что нейронный механизм обработки эмоциональных стимулов регулируется пространственной частотой предъявляемой зрительной информации. Такая информация, в свою очередь, регулирует скорость обработки информации — в зависимости от ее релевантности.

Ученые исследуют и другие вызванные потенциалы головного мозга. Например, изучение негативного компонента N400, отвечающего за обработку семантической информации, позволило показать, что дети с кохлеарными имплантами учат новые слова не хуже нормально слышащих детей.

Елизавета Ивтушок