来源：新智元
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本文先容Science刊登了来自马普神经生物学研究所科学家的新研究：首次利用机器学习算法破译了小鼠的面部表情。
日前，一项题为“Facial expressions of emotion states and their neuronal correlates in mice”（小鼠感情状态的面部表情及其与神经元的关系）的研究在Science上揭橥，引发广泛关注。
论文地址：
https://science.sciencemag.org/content/368/6486/89
在这一研究中，来自马克斯·普朗克神经生物学研究所的研究职员利用机器学习算法破译了实验室小鼠看似神秘的面部表情。这项事情可能会瞄准肯定位人脑中编码特定表达的神经元有所启迪，同时可能会影响我们治疗感情障碍的办法。
David Anderson
加州理工学院的神经科学家David Anderson表示：这一研究是理解感情的某些神秘方面以及它们如何在大脑中表现出来的“主要的第一步”。
达尔文情绪表达的例子：(a)人类表达恐怖；(b)黑猩猩表达失落望而生闷气；(c)猫表达敌意和(d)狗表达敌意。
大约150年前，查尔斯·达尔文提出，动物的面部表情可能像人类一样，是感情表达的一个窗口。但是研究职员直到最近才得到了像强大的显微镜、摄影机和基因技能等工具，可以可靠地捕获和剖析面部运动，并研究感情是如何在大脑中产生的。
Nadine Gogolla
“我们对人类的感情状态感到着迷，”领导这项为期三年研究的马普神经生物学研究所的神经科学家Nadine Gogolla说： “我想看看我们是否可以通过动物研究来理解这些状态如何在大脑中涌现。”
Gogolla的灵感来自一篇2014年揭橥在《细胞》杂志的论文，题为“A Framework for Studying Emotions across Species”（跨物种情绪研究框架）。这项研究由David Anderson和Ralph Adolphs互助完成，两位均来自加州理工学院。
论文地址：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.03.003
在这一研究中，作者认为感情等“大脑状态”应表现出特定的特色，例如，它们该当是持久的，并在诱发它们的刺激消逝后持续一段韶光。并且，它们该当随刺激的力度而延长。
如何丈量小鼠的表情Gogolla的团队将小鼠的头部固定，让它们保持静止，然后供应不同的感官刺激，旨在触发特定的感情，并拍摄小鼠的脸部。例如，研究职员将甜味或苦味的液体涂在这些小鼠的嘴唇上，以唤起愉悦或厌恶。他们还对小鼠的尾巴进行眇小而痛楚的电击，或者给小鼠注射氯化锂以引起不适。
小鼠的6种面部表情，从左到右：厌恶、愉快、疼痛、恐怖、恶心、逃跑
科学家们知道，小鼠可以通过移动耳朵、脸颊、鼻子和眼睛上部来改变自己的表情，但是它们不能准确的将表情分配给特定的感情。因此，当动物对不同的刺激做出反应时，他们将面部肌肉运动的视频分解为超短快照。
但是，仅靠不雅观察并不能确定这些感情的强度。因此，神经生物学家接下来建立了每个面部表情的描述符，并演习打算机在一秒钟之内将其检测出来。Gogolla说，这有效地“丈量”了感情。
机器学习算法可以识别出不同的表情，这些表情是由特定的一组面部肌肉的运动产生的。这些表情与诱发的感情状态干系，如快乐、厌恶或恐怖。例如，一只正在享受快乐的小鼠把鼻子向下拉向嘴巴，并将耳朵和下巴向前拉。相反，当它感到疼痛时，它会把耳朵今后拉，鼓起脸颊，有时还会眯起眼睛。面部表情具有Anderson和Adolphs提出的特色，例如，它们具有持久性，其强度与刺激强度干系。
Camilla Bellone
“这种不雅观察面部表情的方法是一个很大的上风，由于它避免了实验者的任何偏见，”瑞士日内瓦大学研究神经精神疾病的Camilla Bellone说。
然后，科学家们探求可能在大脑中编码这些感情的脑细胞。他们利用一种称为“光遗传”（optogenetics）的技能，将小鼠的单个神经元回路作为目标，这些回路已被证明可以触发人类和其他动物的特定感情。当作者直接刺激这些神经回路时，小鼠做出相应的面部表情。
末了，研究小组利用了一种称为“双光子钙成像”的技能来识别小鼠大脑中的单个神经元，这些神经元只有在特定的感情和面部表情被唤起时才会被激活。
“它们可能代表了大脑感情编码的一部分，”Gogolla推测： “我们认为感情编码可能是进化上保存的（evolutionary conserved），因此人类和小鼠的编码可能具有一些共同的特色。”
参考链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01002-7
https://edition.cnn.com/2020/04/02/world/mice-facial-expressions-scn-trnd/index.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200402144430.htm
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