EEG decodability of facial expressions and their stereoscopic depth cues in immersive virtual reality
تُظهر هذه الدراسة أنه في حين أن الواقع الافتراضي الغامر المزود بدلائل عمق مجسمة يستثير بصمات عصبية متميزة لمعالجة العمق، فإن التمثيل العصبي لتعبيرات الوجه يظل قويًا وثابتًا تجاه هذه التباينات في العمق، مما يؤكد جدوى استخدام تخطيط كهربية الدماغ في الواقع الافتراضي الغامر بالكامل لاستقصاء إدراك الوجه الطبيعي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تُعد الوجوه البشرية أهم الإشارات البصرية التي نواجهها؛ فهي تتيح لنا التعرف على الأصدقاء، والغرباء، والمشاعر التي يشعرون بها، وغالباً في جزء من الثانية. وبينما نعرف الكثير عن كيفية معالجة الدماغ لهذه الإشارات، إلا أن معظم الدراسات العلمية اعتمدت على صور مسطحة ثنائية الأبعاد تُعرض على شاشات الكمبيوتر. وهذا النهج يغفل جزءاً حاسماً من الرؤية في الحياة الواقعية: وهو العمق. ففي العالم الطبيعي، نرى الوجوه في ثلاثة أبعاد، حيث تلتقط عيونا كل منهما صورتين مختلفتين قليلاً يقوم الدماغ بدمجهما معاً لخلق إحساس بالمساحة والشكل. وهذا الدمج، المعروف باسم العمق المجسم (stereoscopic depth)، هو إشارة قوية تساعدنا على فهم العالم من حولنا. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت هذه الطبقة الإضافية من معلومات العمق تغير كيفية تعرّف الدماغ تحديداً على الابتسامة، أو العبوس، أو نظرة المفاجأة، أم أن الدماغ يعالج العاطفة والعمق كمسارات منفصلة من المعلومات.
وللإجابة على ذلك، صمم الباحثون تجربة أعادت إدراك الوجه إلى عالم ثلاثي الأبعاد. فقد دعوا أربعة وثلاثين مشاركاً لارتداء سماعة واقع افتراضي بينما يتم تسجيل نشاط أدمغتهم باستخدام غطاء من المستشعرات الموضوعة على فروة الرأس. وداخل العالم الافتراضي، شاهد المشاركون وجوهاً مولدة بالحاسوب بدت وكأنها تطفو أمامهم. أظهرت هذه الوجوه أربع عواطف متميزة: السعادة، والغضب، والمفاجأة، وتعبيرات محايدة. وقد صُممت التجربة بلمسة ذكية؛ ففي نصف التجارب، عُرضت الوجوه بكامل العمق المجسم، مما يعني أن الكاميرات الافتراضية حاكت الاختلاف الطفيف في الرؤية بين العين اليمنى واليسرى، مما خلق تأثيراً ثلاثي الأبعاد حقيقياً. وفي النصف الآخر، قدم الباحثون الوجوه نفسها تماماً ولكن بعد تسطيحها لتصبح صورة ثنائية الأبعاد، مع إزالة إشارات العمق مع الحفاظ على كافة التفاصيل البصرية الأخرى متطابقة. وكانت مهمة المشاركين ببساطة هي النظر إلى الوجه ثم تحديد نوع العاطفة التي يظهرها.
استخدم الباحثون طريقة تسمى "فك التشفير متعدد المتغيرات" (multivariate decoding) لتحليل إشارات الدماغ. وبدلاً من البحث عن طفرة واحدة في النشاط في لحظة معينة، تبحث هذه التقنية في النمط المعقد للنشاط الكهربائي عبر الدماغ بأكمله لمعرفة ما إذا كان يحتوي على معلومات كافية للتمييز بين عاطفة وأخرى. كانت النتائج واضحة وقوية: احتوت إشارات الدماغ بشكل موثوق على معلومات حول العاطفة التي يراها المشارك. فقد تمكن الباحثون بنجاح من التمييز بين وجه سعيد وآخر غاضب، أو وجه متفاجئ وآخر محايد، بناءً فقط على الأنماط الكهربائية المسجلة من فروة الرأس. وقد أكد هذا أنه حتى مع التعقيد المضاف لارتداء سماعة الواقع الافتراضي، فإن استجابة الدماغ للتعبيرات الوجهية قوية بما يكفي ليتم قياسها وفك تشفيرها.
ومع ذلك، كانت النتيجة الأكثر أهمية هي ما حدث عندما قارن الباحثون بين حالتي المشاهدة. فقد توقعوا أن رؤية وجه في شكل ثلاثي الأبعاد كامل قد تغير كيفية معالجة الدماغ للعاطفة، ربما بجعل التعرف عليها أسرع أو بجعل إشارة الدماغ أقوى. وبدلاً من ذلك، وجدوا أن قدرة الدماغ على فك تشفير العاطفة كانت هي نفسها تماماً سواء كان الوجه ثلاثي الأبعاد أو ثنائي الأبعاد. إن وجود العمق المجسم لم يغير البصمة العصبية للعاطفة. بدا أن الدماغ يعامل التعبير العاطفي كميزة مستقرة تظل ثابتة بغض النظر عن إشارات العمق. وهذا يشير إلى أنه بالنسبة للوجوه الثابتة الواضحة التي تُرى من الأمام، يستخلص الدماغ المعنى العاطفي بشكل مستقل عن معلومات العمق المكاني.
كما بحثت الدراسة فيما إذا كان بإمكان الدماغ التمييز بين حالتي الثلاثي الأبعاد والثنائي الأبعاد على الإطلاق. وقد استطاع ذلك. فعندما درب الباحثون جهاز فك تشفير مخصص للبحث عن إشارات العمق، وجدوا نمطاً متميزاً في إشارات الدماغ ظهر في وقت مبكر جداً، في غضون جزء من الثانية بعد ظهور الوجه. أظهر هذا النمط أن الدماغ يعالج بالفعل معلومات العمق، ولكنه يفعل ذلك بطريقة لا تتداخل مع معالجة العاطفة أو تغيرها. لقد كان النوعان من المعلومات —العمق والتعبير— موجودين في الدماغ في آن واحد، ولكنهما يبدوان وكأنهما يُعاملان بواسطة آليات منفصلة.
ولضمان أن هذه النتائج لم تكن مجرد نتاج عرضي للإشارات الكهربائية في الدماغ، تتبع الباحثون أيضاً أين كان المشاركون ينظرون. ووجدوا أنه بينما تحركت أعين الناس بشكل مختلف قليلاً اعتماداً على العاطفة، إلا أن هذه الحركات العينية لم تفسر إشارات الدماغ. لقد فك الدماغ تشفير العاطفة قبل أن تتحرك العين حتى للتركيز على سمات معينة، كما احتوت إشارات الدماغ على معلومات حول عمق الوجه لم تكن موجودة في حركات العين. وقد أكد هذا أن النت كانت انعكاساً حقيقياً لكيفية معالجة الدماغ للعالم المرئي، وليست مجرد سجل للمكان الذي اتجهت إليه الأعين.
في الختام، يوضح هذا العمل أنه يمكننا الآن دراسة الدماغ البشري في بيئة أكثر طبيعية وثلاثية الأبعاد دون فقدان دقة الطرق المختبرية التقليدية. إنه يكشف أنه بينما تكون أدمغتنا حساسة لعمق الوجه، فإن التمثيل الجوهري للتعبير الوجهي يظل مستقراً بشكل ملحوظ. وسواء رأينا ابتسامة صديق في صورة مسطحة أو في مساحة ثلاثية الأبعاد، فإن الشفرة الأساسية للدماغ لتلك العاطفة تبدو ثابتة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.