Исследователи Лаборатории Колд-Спринг-Харбор разработали платформу Cheese3D, которая с помощью шести миниатюрных камер и компьютерного зрения фиксирует мельчайшие изменения мимики мышей и переводит их в количественные данные о состоянии мозга.
Мимика мышй. Мыши — стандартная модель для изучения мозга и поведения, однако их эмоциональные состояния традиционно оценивались по позе или косвенным физиологическим показателям. Но лицевые мышцы напрямую связаны с лимбической системой и стволом мозга, поэтому мимика отражает не только боль или стресс, но и тонкие изменения уровня сознания. Шкала мышиных гримас (Mouse Grimace Scale), введенная еще в 2010 году, показала принципиальную возможность такого подхода, однако требовала ручной оценки экспертами. ИИ-модель Cheese3D автоматизирует и радикально расширяет этот метод.
Весь спектр эмоций отражается в мимике не только у человека, но и у животных. Мы улавливаем это почти интуитивно, однако точно измерить и надежно интерпретировать лицевую у животных моделей до сих пор не удавалось. Профессор Хелен Хоу и ее команда решили эту задачу. Идея возникла из насущной необходимости: опытные ветеринары умеют «читать» состояние животного по морде, но автоматизированного инструмента, способного делать это с научной точностью, не существовало.
Техническая сложность состояла в том, что морда мыши имеет конусообразную форму, а значит, стандартные методы видеозаписи дают неполную картину. Команда создала систему из шести крошечных синхронных камер, которые снимают лицо мыши одновременно с разных ракурсов. Модели машинного обучения сводят видеопотоки в единое трехмерное представление, а параллельно фиксируется электрическая активность мозга. Работа опубликована в журнале Nature Neuroscience.
Мимика вместо электродов
Точность Cheese3D была проверена на нескольких поведенческих сценариях, в том числе во время кормления и анестезии. Система смогла определять глубину наркоза без какого-либо вмешательства в состояние животного — и не уступила в этом стандартным методам ЭЭГ. «Очень тонкие изменения тонуса лицевых мышц говорят нам о многом», — поясняет Хоу. — «Мы можем неинвазивно предсказывать глубину анестезии по мордочке мыши».
Авторы работы уже думают о клинических перспективах: Хоу изучает лицевую экспрессию у человека при конкретных патологических состояниях. Особый интерес представляет развитие мимики у детей — улыбка появляется намного раньше, чем способность ползать или ходить. Ответы на вопрос о том, как формируется социальная мимика, могут дать новые ключи к пониманию аутизма и поведенческой терапии.