Ученые научили собак смотреть видео, чтобы просканировать их мозг с помощью фМРТ — и наконец-то узнали, на что они в первую очередь обращают внимание. Journal of Visualized Experiments опубликовал исследование, проведенное в Университете Эмори. Результаты показывают, что собаки более приспособлены, чтобы фиксировать действия в своем окружении, а не вызывающие их объекты.
Ученые научили собак смотреть видео, чтобы просканировать их мозг с помощью фМРТ — и наконец-то узнали, на что они в первую очередь обращают внимание. Journal of Visualized Experiments опубликовал исследование, проведенное в Университете Эмори. Результаты показывают, что собаки более приспособлены, чтобы фиксировать действия в своем окружении, а не вызывающие их объекты.
Помните, была пословица, что «собака смотрит на палку, а лев на того, кто ее бросает»?
Так вот, собака не смотрит на палку.
Исследователи записали нейронные данные фМРТ для двух бодрствующих собак, смиренно сидевших во время просмотра видео в течение трех 30-минутных сеансов, в общей сложности 90 минут. Затем они использовали алгоритм машинного обучения для анализа шаблонов в нейронах.
«Мы показали, что можем отслеживать активность мозга собаки, когда она просматривает видео, и, по крайней мере, в ограниченной степени, реконструировать то, на что она смотрит, — говорит Грегори Бернс, профессор психологии Эмори и автор статьи.
«Хотя наша работа базируется только на двух собаках, она является доказательством того, что эти методы работают на собаках, — говорит Эрин Филлипс, ведущий автор статьи, которая выполняла работу как исследовательница в Лаборатории собачьей когнитивной нейронауки Бернса. — Я надеюсь, что эта статья поможет открыть путь другим исследователям для применения этих методов на собаках, а также на других видах, чтобы мы могли получить больше данных и лучше понять, как работает мозг разных животных».
Если вы имели дело с собаками, то знаете, что они, в общем-то, могут быть кинофанатами, но заставить их полчаса спокойно созерцать происходящее на экране — задача довольно непростая.
Бернс и его коллеги ввели собственные пионерские методы обучения, чтобы заставить собак заходить в фМРТ-сканер и держаться совершенно неподвижно и безудержно, пока измеряется их нервная активность. Десять лет назад его команда опубликовала первые фМРТ-изображения мозга полностью бодрствующей собаки, которая не была сдержана. Это открыло дверь к тому, что Бернс называет The Dog Project — серии экспериментов, исследующих разум древнейших домашних животных.
В течение многих лет его лаборатория публиковала исследование того, как собачий мозг обрабатывает зрение, слова, запахи и награды, такие как получение похвалы или еды.
Параллельно усовершенствовалась технология компьютерных алгоритмов машинного обучения. Она уже позволила расшифровать определенные модели деятельности мозга человека — это нечто похожее на «чтение мыслей», «телепатию»: она позволяет обнаружить в шаблонах данных мозга объекты или действия, которые видит человек при просмотре видео.
«У меня появился вопрос: «Можем ли мы применить подобные методы к собакам?», — говорит Бернс.
Первая задача заключалась в том, чтобы придумать видеоконтент, который покажется собаке достаточно интересным для просмотра в течение длительного времени.
Поэтому исследовательская группа Эмори решила снять кино для собак. Они закрепили камеру на гироскопе и снимали стойкие кадры с точки зрения собаки: ниже талии человека.
Это была документалка — сцены жизни собак.
Люди гладят собак, собаки получают лакомство. Собаки нюхают, играют, едят или гуляют на поводке. Также в фильме:
Видеоданные были сегментированы по отметкам времени на различные классификаторы, включая классификаторы на основе объектов (таких, как собака, автомобиль, человек, кошка) и классификаторы на основе действий (например, нюхание, игра или еда).
Лишь две собаки, обученные для экспериментов в фМРТ, имели сосредоточенность и темперамент, чтобы лежать совершенно неподвижно и смотреть 30-минутное видео без перерыва, включая три сеанса в общей сложности 90 минут. Обе дворняжки. Это Дейзи, смешанная порода, которая может быть отчасти бостонским терьером, и Бхубо, смешанная порода, которая может быть отчасти боксером.
«Им даже не нужны были вкуснянки, — говорит Филлипс, наблюдавшая за животными и за их глазами на видео во время сеансов фМРТ. — Это было забавно, потому что это серьезная наука, и на это было потрачено много времени и усилий, но все свелось к тому, что эти собаки смотрят видео других собак и людей, которые ведут себя как-то нелепо».
Два человека также прошли тот же эксперимент, просмотрев те же 30-минутное видео в трех отдельных сеансах, лежа на фМРТ.
К данным был применен метод машинного обучения, нейронная сеть, известная как Ivis. Результаты для двух людей показали, что модель, разработанная с помощью нейронной сети, показала 99% точность в отображении данных мозга. Это работало как для объектов, так и действий.
В случае декодирования видеоконтента от собак, модель не работала для объектов. Однако давала 75–88% точности при расшифровке классификации действий.
Результаты свидетельствуют о серьезных отличиях в том, как работает мозг людей и собак.
«Мы, люди, очень объектно-ориентированные, — говорит Бернс. — В английском языке в 10 раз больше существительных, чем глаголов, потому что у нас есть особенная одержимость называть предметы. Собаки, кажется, меньше озабочены тем, кого или что они видят, а больше озабочены самим действием».
Собаки и люди в целом имеют значительные отличия в системе зрения, отмечает Бернс.
Собаки видят только в оттенках синего и желтого, но имеют немного большую плотность зрительных рецепторов, предназначенных для обнаружения движения.
«Совершенно логично, что мозг собак будет настроен прежде всего на действия, — говорит он. — Животные должны быть очень озабочены тем, что происходит в их окружении, чтобы не быть съеденными или следить за животными, на которых они могут охотиться. Движение является самым важным».
