Occhi Puntati sul Cervello: Come Sveliamo i Segreti del Riconoscimento Facciale con l’EEG!

Ma come facciamo a riconoscere un volto? E cosa c’entra il modo in cui muoviamo gli occhi?

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che facciamo ogni giorno, spesso senza nemmeno pensarci: riconoscere i volti. Sembra facile, vero? Ma dietro questa abilità apparentemente semplice si nasconde un complesso balletto tra i nostri occhi e il nostro cervello. E se vi dicessi che il modo in cui esploriamo un viso con lo sguardo e quanto siamo costanti in questa esplorazione possono dirci molto su come il nostro cervello elabora le informazioni facciali? Proprio di questo si occupa uno studio affascinante che ha utilizzato l’elettroencefalogramma (EEG) per “decodificare” i segnali cerebrali legati al riconoscimento dei volti. Pronti a scoprire cosa abbiamo imparato?

Non tutti guardiamo allo stesso modo: pattern e costanza dei movimenti oculari

Quando guardiamo un volto, i nostri occhi non stanno fermi. Compiono una serie di rapidi movimenti e fissazioni. Studi precedenti hanno mostrato che, in media, tendiamo a seguire una sorta di schema a “T”, concentrandoci molto sulla regione degli occhi, poi sul naso e sulla bocca. Ma la cosa interessante è che ognuno di noi ha uno stile un po’ personale, quasi una “firma” nel modo di esplorare i visi. Alcuni si focalizzano di più sugli occhi (pattern “eyes-focused”), altri più sul naso (pattern “nose-focused”). Per quantificare queste differenze individuali, abbiamo usato una tecnica chiamata EMHMM (Eye Movement analysis with Hidden Markov Models), che ci ha permesso di identificare questi due stili principali.

Ma non è solo una questione di dove guardiamo. Anche la costanza dei nostri movimenti oculari gioca un ruolo. Quanto siamo regolari e prevedibili nel nostro schema di esplorazione da un viso all’altro? Una maggiore costanza, ovvero una minore “entropia” (un termine che indica disordine o casualità), sembra essere positiva. La domanda che ci siamo posti è: questi due aspetti – il pattern di movimento e la sua costanza – riflettono meccanismi cerebrali diversi quando si tratta di riconoscere un volto che abbiamo già visto?

Spiare il cervello al lavoro: la decodifica EEG

Per rispondere a questa domanda, abbiamo chiesto a 84 partecipanti di svolgere un compito di riconoscimento di volti (ricordare se un volto fosse “vecchio”, cioè già visto, o “nuovo”) mentre registravamo la loro attività cerebrale con l’EEG. L’EEG è fantastico perché ha un’ottima risoluzione temporale, il che significa che possiamo vedere come l’attività cerebrale cambia millisecondo dopo millisecondo. Non ci siamo limitati ad analizzare le classiche componenti ERP (potenziali evento-correlati), che sono come delle “onde” specifiche nel segnale EEG legate a un evento. Abbiamo anche usato tecniche di machine learning, in particolare una Support Vector Machine (SVM), per “decodificare” i segnali EEG. In pratica, abbiamo addestrato un computer a distinguere, basandosi sull’attività cerebrale, se il partecipante stava guardando un volto nuovo o uno già visto.

Ci siamo concentrati in particolare sulle informazioni contenute nella banda alfa alta (10-12 Hz) dell’EEG, perché ricerche precedenti suggeriscono che sia molto importante per i processi di attenzione e memoria nel riconoscimento dei volti. L’idea era: se un certo pattern di movimento oculare o una maggiore costanza sono utili, dovremmo vederlo riflesso in una migliore “decodificabilità” dei segnali cerebrali.

Cosa abbiamo scoperto? Pattern e costanza hanno ruoli distinti!

E i risultati sono stati davvero illuminanti! Innanzitutto, l’analisi EMHMM ha confermato l’esistenza dei due pattern principali: quello focalizzato sugli occhi e quello focalizzato sul naso. Ma la vera sorpresa è arrivata quando abbiamo collegato questi dati oculari con la decodifica EEG.

Abbiamo scoperto che:

• Un pattern di movimento oculare più focalizzato sugli occhi era associato a una maggiore accuratezza nella decodifica EEG nella banda alfa alta. Questo suggerisce che guardare di più gli occhi aiuta il cervello a formare una rappresentazione neurale di migliore qualità del volto. È come se il cervello ricevesse un’immagine più nitida e dettagliata.
• Una maggiore costanza nei movimenti oculari, invece, era associata a una latenza più breve del picco di accuratezza nella decodifica EEG (sempre nella banda alfa alta) e anche a una maggiore accuratezza nella decodifica basata sugli ERP. Questo indica che essere costanti nel modo di esplorare i visi rende lo sviluppo della rappresentazione neurale più efficiente, più rapido.

Quindi, non si tratta solo di guardare nel posto “giusto”, ma anche di farlo in modo efficiente e ripetibile!

Interessante, vero? In pratica, il pattern con cui guardiamo un volto sembra influenzare l’efficacia della rappresentazione neurale (quanto è “buona” l’informazione che il cervello ha a disposizione), mentre la costanza di questo pattern sembra legata all’efficienza con cui questa rappresentazione si sviluppa (quanto velocemente il cervello elabora l’informazione).

Abbiamo anche osservato che le aree cerebrali centrali e parietali erano quelle che contribuivano maggiormente alla decodifica, sia per gli ERP che per la banda alfa alta. E c’è di più: nei partecipanti con un pattern focalizzato sugli occhi, sembrava esserci un contributo maggiore dall’emisfero destro del cervello, un’area spesso associata all’attenzione focalizzata sul compito e al riconoscimento dei volti.

Implicazioni e prospettive future: cosa ci dice tutto questo?

Questi risultati ci aiutano a capire meglio i meccanismi complessi dietro un’abilità così fondamentale come il riconoscimento facciale. Dimostrano che il modo in cui usiamo i nostri occhi non è un semplice atto passivo, ma una strategia attiva che modella attivamente come il nostro cervello percepisce e ricorda i volti. Il pattern oculare è legato alla qualità dell’informazione neurale, mentre la costanza è legata alla sua efficienza di elaborazione.

È importante sottolineare che abbiamo condotto analisi aggiuntive per assicurarci che i nostri risultati non fossero semplicemente dovuti ad artefatti legati ai movimenti oculari stessi che “inquinavano” il segnale EEG. Queste analisi hanno confermato che le differenze neurali osservate riflettevano genuinamente le risposte cerebrali al riconoscimento dei volti.

In futuro, queste scoperte potrebbero avere implicazioni pratiche. Ad esempio, comprendere il legame tra comportamento oculare e processi neurali potrebbe aiutare a sviluppare metodi di screening precoce o piani di diagnosi e trattamento personalizzati per persone con difficoltà nel processamento dei volti o nella cognizione sociale. Immaginate di poter usare l’eye-tracking, una tecnologia relativamente poco costosa, per avere indizi su come funziona il cervello di una persona!

Insomma, la prossima volta che incrociate uno sguardo o cercate di ricordare un volto, pensate a tutto l’incredibile lavoro che i vostri occhi e il vostro cervello stanno facendo in perfetta sincronia. È un piccolo miracolo quotidiano che stiamo solo iniziando a svelare completamente!

Fonte: Springer