Exploring Facial Biomarkers for Detecting Depression through Temporal Analysis of Action Units

Depression ist ein Zustand, der das Licht des täglichen Lebens dimmt, gewöhnliche Momente in schwere Lasten verwandelt und die Fähigkeit zur Freude raubt. Seit Jahrzehnten verlassen sich Ärzte darauf, dass Patienten ihre Innenwelten durch Interviews und Fragebögen beschreiben, indem sie aufgefordert werden, ihre Traurigkeit zu bewerten oder ihre Verluste aufzulisten. Obwohl diese Werkzeuge wertvoll sind, hängen sie vollständig von der Fähigkeit einer Person ab, ihre Gefühle zu artikulieren, was schwierig sein kann, wenn der Geist durch eben jene Krankheit, die diagnostiziert wird, vernebelt ist. Wissenschaftler vermuten schon lange, dass das Gesicht eine ehrlichere Aufzeichnung dieses Kampfes enthalten könnte. Das menschliche Gesicht ist ein komplexes Instrument, das von Dutzenden winziger Muskeln gesteuert wird, die zucken und sich anspannen, um Ausdrücke zu formen. Wenn wir eine bestimmte Emotion fühlen, bewegen sich diese Muskeln in vorhersehbaren Mustern und erzeugen eine einzigartige Signatur, die messbar ist. Wenn sich diese Muster bei Menschen mit Depressionen auf konsistente Weise verändern, könnte das Gesicht selbst zu einem Fenster in den Geist werden und einen Weg bieten, die Krankheit zu sehen, ohne eine einzige Frage stellen zu müssen.

Ein Forscherteam in Deutschland ging die Idee an, indem es beobachtete, wie sich die Gesichter von Menschen mit Depressionen im Laufe der Zeit bewegen. Sie betrachteten nicht nur eine einzelne Momentaufnahme eines Lächelns oder eines Stirnrunzelns; stattdessen zeichneten sie Videodaten mit einer Standardrate von 30 Bildern pro Sekunde mit Smartphones auf, um zu sehen, wie sich Ausdrücke während einer spezifischen „emotionalen Induktionsphase“ entwickelten, verblassten und wieder auftau ever. Ihr Ziel war es, spezifische, messbare Anzeichen in den Gesichtsbewegungen zu finden, die eine Person mit Depression von einer gesunden Person unterscheiden könnten. Die Studie konzentrierte sich auf ein System, das als Facial Action Coding System bekannt ist und jede Gesichtsausdruck in seine kleinsten Bausteine zerlegt. Diese Bausteine werden als Action Units bezeichnet, die die Bewegung einzelner Muskeln repräsentieren, wie etwa das Heben einer inneren Augenbraue oder das Herunterziehen der Mundwinkel. Durch das Verfolgen der Intensität dieser Bewegungen Sekunde für Sekunde hofften die Forscher, eine verborgene Sprache der Not zu entdecken, die die Patienten selbst vielleicht nicht einmal bewusst sprechen.

Die Forscher sammelten Videodaten von Teilnehmern, die eine spezifische psychologische Sitzung durchliefen, die darauf ausgelegt war, Emotionen hervorzurufen. Während dieser Sitzung wurden die Teilnehmer gebeten, negative Aussagen anzuhören, die darauf abzielen, Gefühle von Traurigkeit oder Beklemmung auszulösen. Während sie reagierten, erfassten Smartphone-Kameras ihre Gesichter und zeichneten jede subtile Veränderung der Muskelaktivität auf. Das Team nutzte dann Computersoftware, um diese Videos in Daten zu übersetzen und genau zu messen, wie stark jeder Gesichtsmuskel zu jedem Zeitpunkt aktiviert war. Sie konzentrierten sich auf eine Handvoll Schlüsselbewegungen, die mit Traurigkeit in Verbindung gebracht werden, wie das Heben der inneren Augenbrauen, das Senken der Brauen und das Herunterziehen der Mundwinkel. Sie untersuchten auch die Bewegungen, die mit Glück assoziiert sind, was die Studie als eine Kombination aus dem Anheben der Wangen und dem Hochziehen der Mundwinkel definierte.

Als das Team die Daten der depressiven Teilnehmer mit den Daten der gesunden Gruppe verglich, traten deutliche Unterschiede zutage. Die Menschen mit Depressionen zeigten ein konsistentes Muster von stärkeren und häufigeren Bewegungen, die mit Traurigkeit assoziiert waren. Ihre inneren Augenbrauen hoben sich höher, ihre Brauen senkten sich tiefer und die Mundwinkel zogen mit größerer Intensität nach unten. Im Gegensatz dazu waren die mit Glück verbundenen Bewegungen in der depressiven Gruppe merklich schwächer und weniger häufig. Die gesunden Teilnehmer zeigten mehr der Gesichtssignaturen der Freude, während die depressiven Teilnehmer scheinbar in einem Zustand emotionaler Schwere feststeckten, der auf ihren Gesichtern sichtbar war. Dies waren nicht nur flüchtige Momente; die Muster blieben während der gesamten Aufnahme stabil, was auf einen grundlegenden Unterschied in der Art und Weise hindeutet, wie diese beiden Gruppen Emotionen ausdrücken.

Um diese riesige Menge an bewegten Daten zu verstehen, nutzten die Forscher eine Methode, um die Informationen zu vereinfachen, indem sie ähnliche Muster gruppierten, um zu sehen, ob sie natürlich distinkte Cluster bilden. Sie fanden heraus, dass sich die Gesichtsausdrücke der depressiven Gruppe auf eine Weise gruppierten, die sich von der gesunden Gruppe abhob. Dieses Clustering bestätigte, dass die Art und Weise, wie sich diese Individuen bewegten, kein zufälliges Rauschen war, sondern ein kohärentes Signal. Die Forscher testeten auch mehrere Computermodelle, die darauf ausgelegt sind, aus zeitbasierten Daten zu lernen, ähnlich wie ein Mensch einen Song anhand seines Rhythmus statt nur nach einer einzelnen Note erkennt. Eine bestimmte Methode, die zufällige mathematische Filter verwendete, um Muster in der Sequenz der Gesichtsbewegungen zu finden, erwies sich als am effektivsten. Sie war in der Lage, allein basierend auf dem Video des Gesichts etwa siebzig Prozent der Zeit korrekt zu identifizieren, ob eine Person depressiv oder gesund war.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das Gesicht in der Tat eine messbare Signatur der Depression trägt, die in der spezifischen Intensität und dem Timing der Muskelbewegungen sichtbar ist. Die Ergebnisse legen nahe, dass Traurigkeit nicht nur intern gefühlt, sondern mit größerer Kraft physisch vollzogen wird, während Glück bei den Betroffenen mit weniger Elan ausgedrückt wird. Dies bedeutet nicht, dass ein Computer einen Arzt ersetzen kann, aber es deutet auf eine Zukunft hin, in der Technologie als objektives, nicht-invasives Werkzeug dienen kann, um psychische Gesundheitsprobleme zu diagnostizieren. Durch das Beobachten des subtilen Tanzes der Gesichtsmuskeln könnte die Wissenschaft bald in der Lage sein, das unsichtbare Gewicht der Depression zu sehen und so einen neuen Weg zu verstehen und zu behandeln – eine Bedingung, die lange Zeit nur dadurch definiert wurde, was Menschen zu sagen glaubten, was sie fühlen.