Das Erkennen von Gesichtern ist essentiell für unsere Interaktion in komplexen Gesellschaften und wird oft als eine Fähigkeit angesehen, die die Raffinesse des großen menschlichen Gehirns erfordert.

Aber neue Beweise, in denen wir veröffentlicht haben Frontiers in Psychology zeigt, dass Insekten wie die Honigbiene (Apis mellifera) und die europäische Wespe (Vespula vulgaris) verwenden visuelle Verarbeitungsmechanismen, die denen des Menschen ähnlich sind, was eine zuverlässige Gesichtserkennung ermöglicht.

Dies ist trotz der winzigen Größe der Gehirne der Insekten. Sie enthalten weniger als eine Million Gehirnzellen, verglichen mit den 86,000 Millionen, die ein menschliches Gehirn ausmachen.

Zu verstehen, welche Größe des Gehirns es ermöglicht, komplexe Aufgaben effizient zu lösen, ist sicherlich interessant, hat aber auch praktische Implikationen. Es erlaubt uns zu verstehen, wie sich große Gehirne entwickelt haben und wie man künstliche Intelligenz (AI) entwirft, die die Effizienz biologischer Gehirne widerspiegeln könnte.

Mühelos, aber komplex

Wir sind wirklich gut darin, bekannte Gesichter zu erkennen. Denken Sie an die Situation, einen Freund an einem Bahnhof zu treffen, an dem hunderte von Passanten vorbeikommen, die sich alle in verschiedene Richtungen bewegen. Plötzlich bedeutet ein Blick auf ein bekanntes Gesicht in der Ferne, dass wir die richtige Person gefunden haben.

Dies scheint mühelos, aber KI-Lösungen haben oft Schwierigkeiten, Gesichter in komplexen Situationen zu erkennen.

Unser Know-how bei der Erkennung von Gesichtern basiert im Wesentlichen auf "holistic processing" - das Zusammenkleben verschiedener Gesichtsmerkmale, um eine hohe Wiedererkennung zu erzielen. Es wird angenommen, dass dies ein ausgeklügelter kognitiver Prozess ist, der sich mit der Erfahrung beim Betrachten von Gesichtern entwickelt. Sobald wir mit einem Gesicht vertraut sind, werden die verschiedenen Merkmale - wie Augen, Nase, Mund und Ohren - zusammen als "Gestalt" (eine Einheit, die alle Elemente enthält) verarbeitet, damit wir Individuen zuverlässig erkennen können.

Interessanterweise wird die ganzheitliche Verarbeitung in der Regel zur Erkennung von Gesichtern eingesetzt. Wenn wir Experten für andere visuelle Aufgaben werden - zum Beispiel als Richter auf Hundeausstellungen oder Sammeln von Oldtimern -, nutzt unser Gehirn auch ganzheitliche Verarbeitung, um auch in diesen Bereichen überragende Erkennungsfähigkeiten zu erzielen .

Ganzheitliche Verarbeitung kann daher ein allgemeines Prinzip zur Erkennung wichtiger Objekte sein. Dies ist sinnvoller, da eine ganzheitliche Verarbeitung für die Entwicklung verbesserter KI-Lösungen von Nutzen sein kann, z. B. für die schnelle und genaue Identifizierung von invasiven Pflanzen im schnell wachsenden Bestand AgTech-Industrie.

Wir waren daran interessiert zu erfahren, wie allgemein das Prinzip der ganzheitlichen Verarbeitung bei verschiedenen Tieren sein könnte, also begannen meine Kollegen und ich zu testen, wie Insekten Gesichtserkennungsaufgaben lösen können.

Bringen Sie die Insekten an

Die Honigbiene ist ein sehr zugängliches Tier zum Verständnis der visuellen Verarbeitung. Einzelne Bienen können trainiert werden, um komplexe Probleme zu lernen und dafür eine süße zuckerhaltige Belohnung zu sammeln. Kürzlich haben wir Methoden entwickelt, um Wespen auf die gleiche Weise zu testen.

Unsere bestehende Forschung zeigt das Honigbienen und Wespen kann lernen, menschliche Gesichter zu erkennen.

Andere Beweise - von einer US-Forschungsgruppe - zeigen, dass Papierwespen (Polistes fuscatus) können die Gesichter anderer Papierwespen sehr zuverlässig lernen und scheinen spezielle Gehirnmechanismen entwickelt zu haben Wespengesichtsbearbeitung.

Was fehlte, war eine Verständigung, ob dies durch einfache Auslegung der individuellen Gesichtszüge fand in Insekten oder komplexere „ganze Bild“ Interpretation mit - holistische Gesichtsverarbeitung - wie beim Menschen geschieht.

Wir entschieden uns, die Möglichkeit einer ganzheitlichen Gesichtsbehandlung sowohl bei der Honigbiene als auch bei der europäischen Wespe zu testen, indem wir geschulte Personen einsetzten, um Tests mit manipulierten Gesichtern abzuschließen.

Gesichtsbearbeitung testen

Zwei sehr nützliche Tests existieren bereits, um festzustellen, dass menschliche Subjekte eine ganzheitliche Gesichtsverarbeitung verwenden: dies sind die Teil-Ganzes-Effektund der Composite-Flächeneffekt.

Das Teil-Ganzes-Effekt zeigt, dass wenn Gesichtsmerkmale wie Augen, Nase oder Mund isoliert wahrgenommen werden, es schwieriger ist, ein Gesicht zu erkennen, als wenn diese Merkmale im Kontext eines vollständigen Gesichts betrachtet werden.

Das Composite-Flächeneffekt bezieht sich auf den großen Rückgang der Leistungsgenauigkeit, wenn korrekte Gesichtsmerkmale - wie Augen, Nase und Mund - im Zusammenhang mit falschen äußeren Merkmalen betrachtet werden.

In der menschlichen Verarbeitung von bekannten Gesichtern werden die verschiedenen elementaren Merkmale zu einer Gestalt zusammengeklebt, um eine verbesserte Gesichtserkennungsgenauigkeit zu ermöglichen.

Ich kenne dieses Gesicht

Als wir diese Prinzipien zum Testen der Insekten benutzten, konnten sowohl die Bienen als auch die Wespen achromatische (schwarz-weiß) Bilder von menschlichen Gesichtern lernen.

Sowohl die Bienen als auch die Wespen wurden dann vier weitere separate Tests unterzogen. Die Ergebnisse zeigten, dass trotz der Tatsache, dass diese Insekten keinen evolutionären Grund haben, menschliche Gesichter zu verarbeiten, ihre Gehirne zuverlässige Erkennung lernen, indem sie ganzheitliche Darstellungen der komplexen Bilder erzeugen. Sie fügen Merkmale zusammen, um ein bestimmtes menschliches Gesicht zu erkennen.

Wir wissen jetzt, dass kleine Gehirne von Insekten zumindest eine begrenzte Anzahl von Gesichtern zuverlässig erkennen können. Dies legt nahe, dass beim Menschen der Vorteil unseres großen Gehirns die sehr große Anzahl von Individuen sein kann, an die wir uns erinnern können.

Diese neuen Informationen helfen uns zu verstehen, wie hochentwickelte Gesichtserkennungs-Expertise bei Menschen und anderen Primaten möglich war.

Der Beweis, dass ganzheitliche Verarbeitung von verschiedenen Tieren für eine Vielzahl von komplexen visuellen Problemen verwendet wird, deutet darauf hin, dass dies ein nützlicher Ansatz sein könnte, um KI-Lösungen für eine zuverlässige Erkennung zu entwickeln.

Über den Autor

Adrian Dyer, Assoziierter Professor, RMIT Universität

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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