אפקט הפנים ההפוכו
מקור: המעבדה של ג'ונתן פלומבאום – אוניברסיטת ג'ונס הופקינס
בתפיסה, לעתים קרובות היכולת לזהות ולפרש גירויים מורכבים מרגישה חסרת מאמץ אך למעשה דורשת עיב…
1. ציוד וגירויים
- ניסוי זה דורש תוכנת סקריפט מחשב וניסוי.
- בנוסף, הניסוי דורש סט גדול יחסית של תמונות פנים, רצוי עם תנאי תאורה דומים וללא ביטויים רגשיים. מאגרי מידע רבים של תמונות כאלה זמינים באופן חופשי באינטרנט למטרות מחקר. משאב טוב הוא מסד הנתונים של הפנים של MIT: http://web.mit.edu/emeyers/www/face_databases.html#oulu
2. עיצוב
- להרכיב קבוצה של 80 תמונות פנים. לחלק אותם לשניים, לשתי קבוצות של 40. השתמש בקבוצה אחת בחלק החשיפה הנלווית של הניסוי, ושמור את הקבוצה השנייה לשימוש כנייר כסף בחלק הבדיקה.
- שים לב כי שתי הקבוצות שלך צריך להיות אותו פרופורציות יחסיות של זכרים ונקבות. במילים אחרות, אם יש 25 פרצופים זכר בקבוצה אחת של 40, צריך להיות 25 בקבוצה השנייה גם כן.
- תוכנית החשיפה הנלווית
- החלק הראשון של הניסוי כרוך אגב בחשיפת משתתף לסט של 40 פרצופים באמצעות משימת כיסוי.
- הניסוי מתחיל במסך 'מוכן'. לחיצה על מקש הרווח מתחילה את החשיפה.
- לאחר לחיצה על מקש הרווח, כל אחד מ-40 הפרצופים מוצג אחד בכל פעם עבור 1 s. לאחר כל תמונה מופיע מסך שאומר "זכר/נקבה?". (משימת הכיסוי של המשתתף היא לדווח אם הפנים היו זכר או נקבה.)
- הגדר את התוכנית כדי להתקדם לפנים הבאות לאחר המשתתף לוחץ על מקש M או F, (המתאים זכר ונקבה). איור 1 סכמת את רצף האירועים בשלב החשיפה של הניסוי.
- שלב זה של הניסוי הוא בסך הכל 40 ניסויים-אחד לכל פנים בסט.
איור 1. שיטות לפרדיגמת זיכרון קידוד מקרית שנועדו להדגים את אפקט הפנים ההפוך. לניסוי יש שני חלקים. בחלק הראשון, שנקרא שלב הקידוד הנלווה, המשתתפים מתבוננים בסט של 40 פרצופים, בזה אחר זה, ומתבקשים פשוט לדווח אם כל פנים הן זכר או נקבה. בשלב השני, המשתתף מקבל מבחן זיכרון הפתעה. בכל משפט, שני פרצופים מוצגים זה לצד זה. אחד מכל זוג הוא אחד הפרצופים המוצגים בשלב הקידוד, והשני, הנקרא רדיד אלומיניום, הוא פנים חדשות, שמעולם לא נראו בעבר על ידי הצופה. המשימה היא להשתמש במקשי החצים ימינה ושמאלה כדי לציין איזה פנים בכל זוג הוא זה שנראה בעבר. באופן מכריע, חצי מזוגות הפנים נראים הפוכים. מדד העניין הוא דיוק הדוחות בצד ימין כלפי מעלה בהשוואה לפנים הפוכות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
- תוכנית שלב הבדיקה
- חלק הניסוי של הניסוי כולל גם 40 ניסויים.
- עבור כל משפט, בחר באקראי את אחד הפרצופים הישנים ואת אחד הפרצופים השמורים בעבר (מאותו המין). הנח אחד בצד שמאל של המסך ואחד בצד ימין.
- המשימה היא שהמשתתף יציין עם מקש החץ שמאלה או ימינה אילו מהפרצופים בזוג נראו בעבר.
- המניפולציה המכריעה היא שבמחצית מהניסויים, שני הפרצופים מוצגים הפוכים.
- באופן אקראי intermix הפוך וימין בצד למעלה.
3. הפעלת הניסוי
- לפני תחילת הניסוי, כדאי לשאול את המשתתף אם יש לו ליקויי ראייה ידועים או קשיים, ובמיוחד, אם הם חושבים שיש להם קושי לזהות אנשים.
- מושב משתתף 60 ס"מ מהצג של מחשב המצגת.
- הסבר את שלב הקידוד למשתתף כדלקמן, מבלי להזכיר את שלב הבדיקה הבא:
- "זה ניסוי על תפיסת פנים. בכל משפט, תראה פנים בודדות לשנייה אחת, ואחריו מסך שבו תתבקש לזהות את מין הפנים שראית זה עתה. הקש על מקש M עבור זכר ומקש F עבור נקבה. המשימה עשויה להיראות קלה מאוד, כפי שאנו עורכים מחקר עם מספר ניסויים, חלקם כולל גירויים קלים לזיהוי וחלקם עם גירויים דיגיטליים, מאתגרים יותר. התוצאות, יחד, יעזרו לנו להבין את תווי הפנים המשמשים לזיהוי מין הפנים. בין אם זה מרגיש לך קל או קשה, בבקשה לעשות כמיטב יכולתך. יש רק 40 ניסויים, וזה ייקח פחות מחמש דקות כדי להשלים."
- התחל את התוכנית ועמוד בקרבת מקום כאשר המשתתף משלים שלב זה של הניסוי.
- לאחר סיום המשתתף, אמור את הפעולות הבאות:
- "תודה שהשלמת את החלק הזה של המחקר. אני רוצה שתעשה עכשיו ניסוי שני, אחד שיימשך גם רק חמש דקות. בכל ניסיון, תראה שני פרצופים, אחד בצד שמאל של המסך ואחד בצד ימין. אחד הפרצופים בכל זוג יהיה אחד הפרצופים שראיתם זה עתה, והשני יהיה פנים חדשות, פנים שלא הופיעו במשימת השיפוט שעשיתם זה עתה. המשימה שלך עכשיו היא לזהות את הפנים 'הישנות', זו שהופיעה במשימת השיפוט. השתמש במקש החץ שמאלה כדי לציין את הפנים משמאל ואת מקש החץ ימינה עבור הפנים מימין. בחלק מהניסויים, שני הפרצופים מוצגים הפוכים. זה לא רלוונטי – המשימה שלך היא תמיד לעשות כמיטב יכולתך לזהות את הפנים שאתה חושב שראית כבר פעם אחת."
- היכונו כאשר המשתתף משלים את בדיקת הזיכרון.
אנחנו לא מנסים לזהות ולזהות פרצופים, זה פשוט קורה, במקרה.
באופן מרשים, לזיהוי מוצלח, חישובים מורכבים ותובעניים חייבים להתרחש ברשתות מוח ייעודיות כדי לשלב תכונות נפרדות לפנים מלוכדות.
בעוד שזיהוי פנים בצד ימין כלפי מעלה הוא קל יחסית, זיהויים במצב הפוך הוא הרבה יותר קשה, אף על פי שזה לא נכון עבור סוגים אחרים של אובייקטים חזותיים.
זה מכונה לעתים קרובות אפקט הפנים ההפוכות, ומשמש בניסויים שנועדו לחקור כיצד זיהוי פנים מתרחש הן מבחינה קוגניטיבית והן במוח.
סרטון זה ידגים כיצד לתכנן ולבצע, כמו גם כיצד לנתח ולפרש ניסוי החוקר את אפקט הפנים ההפוכות באמצעות פרדיגמת זיכרון קידוד מקרי.
בניסוי זה, המשתתפים התבקשו לשפוט פנים של גברים ונשים בשני שלבים שונים: חשיפה מקרית ובדיקה.
במהלך החלק הראשון של החשיפה המקרית, מוצגת למשתתף קבוצה של 40 פרצופים, אחד בכל פעם למשך שנייה אחת כל אחד.
לאחר שכל תמונה מוצגת, המשתתף מתבקש לדווח אם מדובר בזכר או בנקבה על ידי לחיצה על מקש משויך. תהליך זה מחקה את היכולת הטבעית שלנו לעבד פנים - אגב, מבלי לדעת זאת.
לאחר מכן, בשלב המבחן השני, מראים למשתתף שני פרצופים זה לצד זה. אחד נבחר באופן אקראי מחלק החשיפה המקרית, והשני, הנקרא נייר כסף, מותאם למין ומעולם לא נראה קודם לכן על ידי המשתתף.
גם פרצופים בתקופת הבדיקה מעורבבים זה בזה באופן אקראי, כאשר מחציתם הפוכים והמחצית השנייה צד ימין כלפי מעלה. המשתתף מתבקש לציין מי מהשניים נראה בעבר.
במקרה זה, המשתנה התלוי הוא מספר הפרצופים שזוהו כהלכה - מדד פשוט לדיוק הזיכרון - על פני כיוונים זקופים והפוכים.
המשתתפים צפויים להפגין ביצועים טובים יותר בזכירת פרצופים שנראו בעבר כאשר הם מוצגים זקופים, בניגוד להפוך. ביצועים גרועים בעת זיהוי הפנים ההפוכות ידועים כאפקט הפנים ההפוכות.
לפני תחילת הניסוי, ודא שלמשתתף אין ליקויי ראייה ידועים או קושי בזיהוי אנשים.
כדי להתחיל, הושיבו את המשתתף במרחק של 60 ס"מ ממחשב המצגת. הסבירו את ההוראות לשלב החשיפה המקרית מבלי להזכיר את שלב הבדיקה שיבוא.
התחל את התוכנית ועמד בקרבת מקום כאשר המשתתף מבצע את השלב הראשון של הניסוי ומשלים 40 ניסויים בפרק זמן של 5 דקות. שימו לב שהם רואים פנים בודדות למשך שנייה אחת, ומזהים את מין הפנים על ידי לחיצה על מקש 'M' לזכר או 'F' לנקבה.
לאחר השלב הראשוני, הודו למשתתף על השלמת חלק זה של המחקר והודיעו לו על ההוראות לשלב הבדיקה הבא.
שוב, הפעל את התוכנית ועמד בקרבת מקום כשהם משלימים את שלב הזיכרון השני של 40 ניסויים. בחלק זה, שימו לב שהמשתתף לוחץ על מקש החץ שמאלה או ימינה כדי לציין אילו פנים נצפו בעבר.
כדי לנתח את הנתונים, פשוט חשב את שיעור הפרצופים שזוהו כהלכה ושרטט גרף של תוצאות דיוק הזיכרון לפי סוג הניסוי: זקוף לעומת הפוך.
שימו לב שעבור רוב המשתתפים הנורמליים מבחינה ויזואלית, הדיוק גבוה בהרבה בעת זיהוי פנים זקופות בניגוד להפוכות, מה שמדגים את אפקט הפנים ההפוכות.
ביצועים גרועים עם ההפוכים - כמעט מקרי - מרמזים על כך שמנגנוני עיבוד פנים מיוחדים מכוונים כדי לנצל את העובדה שהם כמעט תמיד נחווים באוריינטציה זקופה.
כעת, כשאתם מכירים את המורכבות הכרוכה בעיבוד פנים הפוכות, בואו נבחן תרחישי מחקר נוספים שבהם ניתן ליישם את האפקט.
מחקרי הדמיה מוחית השתמשו באפקט הפנים ההפוך כדי לזהות אזורים במוח המעורבים בעיבוד פנים מיוחד.
פנים זקופות מייצרות תגובה עצבית חזקה יותר באזור הפנים הפיוזיפורמי, או FFA, מאשר פנים הפוכות, מה שמרמז על כך שפנים הפוכות לא מצליחות להפעיל נוירונים מיוחדים לעיבוד פנים.
בנוסף, נזק מוחי ל-FFA עלול לגרום להפרעה המכונה פרוסופגנוזיה - חוסר היכולת לזהות פנים, כולל שלך.
המשימה משמשת לעתים קרובות לאבחון עיוורון פנים, מכיוון שאנשים פרוסופגנוסטיים מתקשים בדרך כלל לזהות פנים בצד ימין כלפי מעלה, כמו עם אלה הפוכים.
זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE לאפקט הפנים ההפוכות. עכשיו אתה אמור להיות בעל הבנה טובה כיצד לתכנן ולבצע ניסוי מסוג זה על ידי יישום קידוד של סדרה של פרצופים ואחזור פרצופים מוכרים על ידי זיכרון. כדאי גם לדעת לנתח ולפרש את התוצאות.
תודה שצפית!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is the inverted-face effect and why does it occur?
The inverted-face effect describes the difficulty people experience recognizing upside-down faces compared to upright ones, despite performing well with other inverted visual objects. This occurs because face recognition relies on specialized brain networks and computations tuned to process faces in their typical upright orientation. Poor performance with inverted faces suggests these dedicated facial processing mechanisms fail to engage effectively when orientation changes.
Q2: How is the incidental-encoding memory paradigm used to study face recognition?
The incidental-encoding paradigm presents participants with 40 faces for 1 second each, asking them to judge sex without mentioning a memory test. During the subsequent test phase, participants identify previously seen faces among foils, with half presented upright and half inverted. This design mimics natural face processing and measures memory accuracy across orientations, revealing the inverted-face effect through performance differences.
Q3: What brain region is specialized for processing upright faces?
The fusiform face area, or FFA, is a specialized brain region that shows stronger neural responses to upright faces than inverted ones. Neuroimaging studies using the inverted-face effect have identified this region as central to face recognition. Damage to the FFA can result in prosopagnosia, the inability to recognize faces including one's own, demonstrating its critical role in facial processing.
Q4: How do participants perform the incidental-exposure phase of the experiment?
Participants sit 60 centimeters from a computer and view 40 faces presented one at a time for 1 second each. After each face appears, they press 'M' for male or 'F' for female to indicate the face's sex. This 5-minute phase requires no memory encoding instructions, allowing researchers to study how faces are processed incidentally, without deliberate memorization effort.
Q5: What does poor performance on inverted faces reveal about face processing?
Poor performance on inverted faces, often near chance accuracy, indicates that specialized facial processing mechanisms are specifically tuned to upright orientations. Since faces are almost always encountered upright in natural experience, the brain's face-processing systems have evolved to exploit this statistical regularity. When faces are inverted, these specialized mechanisms fail to engage effectively, causing recognition to drop dramatically.
Q6: How is the test phase structured in the inverted-face effect experiment?
The test phase presents 40 trials with two faces displayed side-by-side: one previously seen and one new foil matched for sex. Participants press left or right arrow keys to indicate which face they recognize. Faces are randomly intermixed, with half upright and half inverted, allowing researchers to compare memory accuracy across orientations and quantify the inverted-face effect.
Q7: How can the inverted-face effect be used to diagnose prosopagnosia?
Prosopagnosia, or face blindness, results from damage to the fusiform face area and impairs face recognition regardless of orientation. Unlike typical individuals who show poor performance only with inverted faces, prosopagnostic individuals struggle equally with both upright and inverted faces. The inverted-face effect task helps diagnose this condition by revealing whether orientation-dependent deficits exist or if recognition is uniformly impaired.