Name: face recognition and upside-down faces
Uploaded: 2023-04-30T06:46:13.000Z
Duration: 6 min 13 s
Channel: JoVE
Description: Face recognition is a specialized part of human perception. It often feels effortless, but it actually depends on complex and intensive processing. The brain uses dedicated networks to detect faces and tell them apart.

K12 Standards

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

High School

Life Science

Structure and Function

HS-LS1-2.

The Inverted-face Effect

1. 장비 및 자극
<ol><li>이 실험에는 컴퓨터 와 실험 스크립팅 소프트웨어가 필요합니다.</li>
	<li>또한, 실험은 유사한 조명 조건과 감정적 표현없이, 바람직하게는 얼굴 이미지의 상대적으로 큰 세트를 필요로한다. 이러한 이미지의 많은 데이터베이스는 연구 목적으로 온라인으로 자유롭게 사용할 수 있습니다. 좋은 리소스는 MIT 얼굴 데이터베이스입니다: http://web.mit.edu/emeyers/www/face_databases.html#oulu</li>
</ol>2. 디자인
<ol><li>80개의 얼굴 이미지 세트를 조립합니다. 반으로 나누어 40의 두 그룹으로 나눈다. 실험의 부수적 노출 부분에서 하나의 그룹을 사용하고 다른 그룹을 예약하여 테스트 부분에서 호일로 사용한다.<ol>
<li>두 그룹은 남성과 여성의 동일한 상대적 비율을 가져야합니다. 다른 말로, 1군에 25명의 남성 얼굴이 있다면, 다른 한 그룹에도 25개의 남성이 있어야 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>부수적 노출 프로그램<ol>
<li>실험의 첫 번째 부분은 커버 작업을 통해 참가자를 40개의 얼굴 집합에 부수적으로 노출시키는 것입니다.</li>
		<li>실험은 '준비' 화면으로 시작됩니다. 스페이스바를 누르면 노출이 시작됩니다.</li>
		<li>스페이스바를 누르면 40개의 얼굴 각각이 1s에 대해 한 번에 하나씩 표시됩니다. 각 이미지가 끝나면 "남성/여성"이라고 적는 화면이 나타납니다. (참가자의 커버 작업은 얼굴이 남성인지 여성인지 를 보고하는 것입니다.)</li>
		<li>참가자가 M 또는 F 키(남성 및 여성에 해당)를 누릅니다. 도 1은 실험의 노출 단계에서 이벤트의 시퀀스를 스키마화합니다.</li>
		<li>이 실험 단계는 세트의 각 얼굴에 대해 총 40개의 시험-1이다.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10209/10209fig1.jpg"> 그림 1. 반전된 얼굴 효과를 보여 주도록 설계된 부수적인 인코딩 메모리 패러다임에 대한 방법. 실험에는 두 부분이 있습니다. 부수적 인 인코딩 단계라고 불리는 첫 번째 부분에서 참가자는 40 개의 얼굴 세트를 하나씩 관찰하고 각 얼굴이 남성인지 여성인지 여부를보고하도록 요청받습니다. 두 번째 단계에서 참가자는 깜짝 메모리 테스트를 받습니다. 각 시험에서 두 개의 얼굴이 나란히 표시됩니다. 각 쌍 중 하나는 인코딩 단계에서 표시된 얼굴 중 하나이며, 다른 하나는 호일이라고 불리는 새로운 얼굴이며 관찰자가 이전에는 본 적이 없습니다. 작업은 오른쪽 및 왼쪽 화살표 키를 사용하여 각 쌍의 얼굴이 이전에 본 면을 나타내는 것입니다. 결정적으로, 얼굴 쌍의 절반은 거꾸로 나타납니다. 관심 의 척도는 거꾸로 된 면에 비해 오른쪽 업에 대한 보고서 정확도입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10209/10209fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<ol start="3"><li>테스트 단계 프로그램<ol>
<li>실험의 시험 부분은 또한 40개의 예심을 포함합니다.</li>
		<li>각 평가판에 대해 이전 얼굴 중 하나와 이전에 예약된 얼굴 중 하나(동성)를 임의로 선택합니다. 화면 왼쪽에 1개, 오른쪽에 하나씩 놓습니다.</li>
		<li>참가자가 한 쌍의 얼굴 중 왼쪽 또는 오른쪽 화살표 키를 표시하기 위한 작업입니다.</li>
		<li>중요한 조작은 재판의 절반에서 두 얼굴이 거꾸로 제시된다는 것입니다.</li>
		<li>거꾸로 및 오른쪽 상향 시험을 무작위로 혼합.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 실험 실행
<ol><li>실험이 시작되기 전에, 참가자에게 알려진 시각 장애 나 어려움이 있는지, 특히 사람들을 인식하는 데 어려움이 있다고 생각되면 물어보는 것이 좋습니다.</li>
	<li>프레젠테이션 컴퓨터모니터에서 참가자가 60cm 좌석을 차지합니다.</li>
	<li>올 테스트 단계를 언급하지 않고 참가자에게 인코딩 단계를 다음과 같이 설명합니다.<ol>
<li>"이것은 얼굴 지각에 대 한 실험. 각 평가판에서 1초 동안 하나의 얼굴이 표시되고 방금 본 얼굴의 성별을 식별하라는 메시지가 표시되는 화면이 표시됩니다. 남성용 M 키와 여성의 F 키를 누릅니다. 우리가 몇 가지 실험을 통해 연구를 수행하고 있기 때문에, 일부는 식별하기 쉬운 자극과 디지털 방식으로 변경되고 더 도전적인 자극을 가진 일부 를 포함하여 매우 쉽게 보일 수 있습니다. 함께 찍은 결과는 얼굴의 성별을 인식하는 데 사용되는 얼굴 특징을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 그것은 당신에게 쉽게 또는 하드 느낌 여부, 최선을 다해주세요. 40번의 시험만 있고 완료하는 데 5분도 걸리지 않습니다."</li>
	</ol>
</li>
	<li>프로그램을 시작하고 참가자가 실험의 이 단계를 완료할 때 근처에 서십시오.</li>
	<li>참가자가 완료되면 다음을 말합니다.<ol>
<li>"연구의 그 부분을 완료 주셔서 감사합니다. 이제 두 번째 실험을 하고 싶습니다. 각 평가판에서 화면 왼쪽에 있는 얼굴과 오른쪽 의 두 개의 얼굴이 표시됩니다. 각 쌍의 얼굴 중 하나는 방금 본 얼굴 중 하나가 될 것이며, 다른 하나는 방금 한 판단 작업에 나타나지 않은 새로운 얼굴이 될 것입니다. 이제 당신의 임무는 '오래된'얼굴, 심판 작업에 나타난 얼굴을 식별하는 것입니다. 왼쪽 화살표 키를 사용하여 왼쪽의 얼굴을 나타내고 오른쪽 화살표 키를 오른쪽에 표시됩니다. 일부 시험에서는 두 얼굴이 거꾸로 표시됩니다. 이것은 무관합니다 - 당신의 임무는 항상 당신이 이미 본 것으로 생각 얼굴을 식별하기 위해 최선을 다하는 것입니다."</li>
		<li>참가자가 메모리 테스트를 완료할 때 대기하십시오.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

반전된 면을 처리하기 어려운 발견에는 많은 응용 프로그램이 있습니다. 신경 이미징 연구, 예를 들어, 전문 얼굴 처리에 관련 된 뇌 영역을 식별 하는 효과 활용. 관찰자가 똑바로 서있는 얼굴뿐만 아니라 반전 된 얼굴을 볼 때 뇌 스캔을 촬영합니다. 그런 다음 두 종류의 자극에 대한 응답을 비교합니다. 두 자극 세트모두 전반적으로 매우 유사한 시각적 특성을 가지므로 시각적 시스템의 대부분에서 유사한 활동이 있습니다. 하지만 한 뇌 영역에서, 똑바로 얼굴 반전 된 것 들 보다 훨씬 더 활발한 응답을 생산, 반전 된 얼굴 전문 얼굴 처리 뉴런을 참여 하는 데 실패 제안. 이 방법으로 응답 하는 영역 fusiform 자이러스, 또는 fusiform 얼굴 영역 (때로는 짧은 FFA)라고 합니다. 이 두뇌 영역얼굴 처리의 전문적인 측면을 조사 하는 많은 다른 연구에 연루.
두 번째 응용 프로그램은 prosopagnosia로 알려진 ...

반전 된 얼굴 효과

출처: 조나단 플롬바움 연구소 -존스 홉킨스 대학
인식에서 복잡한 자극을 인식하고 해석하는 능력이 쉽게 느껴지지만 실제로 복잡하고 집중적인 처리를 요구하는 경우가 많습니다. 이는 특정 유형의 매우 중요한 자극에 대해 처리가 전문화되고 자동화되어 있기 때문입니다. 이 현상의 가장 좋은 예 중 하나는 얼굴 처리입니다. 사람들은 얼굴을 감지하고 인식하려고 하지 않습니다. 그것은 단지 일어날 것 같다. 그러나 면을 감지하고 서로 떨어져 말하는 것은 실제로 까다로운 계산 작업입니다.

인간의 얼굴 인식 능력은 전문 계산 및 전용 뇌 네트워크에 의존합니다. 이 것의 간단한 데모 중 하나는 반전 된 얼굴 효과. 거꾸로 된 얼굴을 인식하는 것은 오른쪽 위로 인식하는 것보다 훨씬 더 어렵지만 다른 많은 종류의 시각적 개체에게는 마찬가지입니다. 반전 된 얼굴 효과는 다양한 방법으로 입증됩니다. 이 비디오는 얼굴 처리 및 반전 된 얼굴 효과를 조사하기위한 부수적 인코딩 메모리 패러다임을 보여줍니다.

결과를 분석하려면 참가자가 올바르게 식별한 얼굴의 비율을 거꾸로(반전) 및 오른쪽 위쪽(똑바로) 면으로 시험하는 시험에서 정확하게 식별된 얼굴의 비율을 계산하기만 하면 됩니다. 그림 2와같이 막대 그래프를 사용하여 성능을 비교합니다. 대부분의 시각적으로 정상적인 관찰자의 경우 반전된 면에 비해 직립으로 정확도가 훨씬 높아집니다. 그러나 이것은 어려운 작업이며, 당신은 심지어 똑바로 얼굴에 대한 0.9 이하의 성능을 찾을 수 있습니다. 반전된 얼굴의 경우, 각 시험에서 추측하면 관측관이 득점할 확률인 0.5-점에 접근할 수도 있습니다. 반전된 얼굴의 성능이 좋지 않은 것은 얼굴을 인식하는 데 사용되는 특수 계산 및 뇌 메커니즘이 거의 항상 직립 방향으로 경험이 있다는 사실을 활용하기 위해 조정된다는 것을 보여줍니다.
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/...

Source: Laboratory of Jonathan Flombaum&#8212;Johns Hopkins University
In perception, it is often the case that the ability to recognize and interpret ...

우리는 얼굴을 감지하고 인식하려고 하지 않습니다. 그것은 단지 우연히 발생합니다. 인상적이게도, 성공적인 인식을 위해서는 복잡하고 까다로운 계산이 전용 뇌 네트워크에서 발생하여 별도의 기능을 응집력 있는 얼굴에 통합해야 합니다. 오른쪽이 위로 향하는 얼굴을 인식하는 것은 비교적 쉽지만, 거꾸로 된 위치에서 얼굴을 식별하는 것은 훨씬 더 어려운데, 이는 다른 종류의 시각적 물체에는 해당되지 않습니다. 이것은 종종 반전 얼굴 효과라고 불리며, 얼굴 인식이 인지적으로나 뇌에서 어떻게 일어나는지 조사하기 위해 고안된 실험에 사용됩니다. 이 비디오는 설계 및 실행 방법뿐만 아니라 부수적 인코딩 메모리 패러다임을 통해 반전된 얼굴 효과를 조사하는 실험을 분석하고 해석하는 방법을 보여줍니다. 이 실험에서 참가자들은 남성과 여성의 얼굴을 우연한 노출과 테스트의 두 가지 다른 단계로 판단하도록 요청받습니다. 첫 번째 우연히 노출되는 부분에서, 참가자는 각각 1초 동안 한 번에 하나씩 40개의 얼굴 세트를 보여줍니다. 모든 이미지가 표시된 후 참가자는 관련 키를 눌러 남성인지 여성인지 보고하도록 요청받습니다. 이 과정은 우연히도 모르게 얼굴을 처리하는 우리의 자연스러운 능력을 모방합니다. 그런 다음 두 번째 테스트 단계에서 참가자에게 두 개의 얼굴이 나란히 표시됩니다. 하나는 우연히 노출된 부분에서 무작위로 선택되고 다른 하나는 포일이라고 불리며 성별이 일치하며 참가자가 이전에 본 적이 없습니다. 테스트 기간의 얼굴도 무작위로 섞여 있으며, 그 중 절반은 거꾸로, 나머지 절반은 오른쪽이 위로 향하게 되어 있습니다. 참가자는 둘 중 어느 것이 이전에 목격되었는지 표시해야 합니다. 이 경우, 종속 변수는 수직 방향과 반전 방향에 걸쳐 정확하게 식별된 면의 수(메모리 정확도의 간단한 측정)입니다. 참가자는 거꾸로 된 얼굴과 반대로 똑바로 서 있을 때 이전에 본 얼굴을 더 잘 기억할 것으로 예상됩니다. 반전된 면을 식별할 때 성능이 저하되는 것을 반전된 면 효과라고 합니다. 실험을 시작하기 전에 참가자가 알려진 시각 장애나 사람을 인식하는 데 어려움이 없는지 확인합니다. 먼저 참가자를 프레젠테이션 컴퓨터에서 60cm 떨어진 곳에 앉힙니다. 다가올 테스트 단계에 대한 언급 없이 우발적 노출 단계에 대한 지침을 설명합니다. 프로그램을 시작하고 참가자가 5분 동안 실험의 첫 번째 단계를 수행하고 40번의 시도를 완료하는 동안 근처에 서 있습니다. 1초 동안 한 명의 얼굴을 보고 남성의 경우 'M' 키, 여성의 경우 'F' 키를 눌러 얼굴의 성별을 식별합니다. 초기 단계 후에는 참가자에게 연구의 이 부분을 완료한 것에 대해 감사를 표하고 다음 테스트 단계에 대한 지침을 알려줍니다. 다시 한 번, 프로그램을 시작하고 40번의 시도 중 두 번째 기억 단계를 완료하는 동안 근처에 서 있습니다. 이 부분에서는 참가자가 왼쪽 또는 오른쪽 화살표 키를 눌러 이전에 관찰된 얼굴을 나타냅니다. 데이터를 분석하려면 올바르게 식별된 얼굴의 비율을 계산하고 시험 유형별 메모리 정확도 결과(직립 대 반전)를 그래프로 표시하기만 하면 됩니다. 시각적으로 정상적인 대부분의 참가자의 경우 반전된 얼굴과 반대로 똑바로 서 있는 얼굴을 식별할 때 정확도가 훨씬 더 높으며 반전된 얼굴 효과를 보여줍니다. 거꾸로 된 것들의 성능이 좋지 않다는 것은 특수 얼굴 처리 메커니즘이 거의 항상 직립 방향에서 경험된다는 사실을 활용하도록 조정되어 있음을 시사합니다. 이제 반전된 면 처리와 관련된 복잡성에 대해 잘 알았으므로 효과를 적용할 수 있는 추가 연구 시나리오를 살펴보겠습니다. 신경 영상 연구에서는 특수 얼굴 처리와 관련된 뇌 영역을 식별하기 위해 반전된 얼굴 효과를 사용했습니다. 직립 얼굴은 거꾸로 된 얼굴보다 방추형 얼굴 영역(FFA)에서 더 강한 신경 반응을 생성하는데, 이는 거꾸로 된 얼굴이 특수 얼굴 처리 뉴런에 관여하지 못한다는 것을 시사합니다. 또한 FFA에 대한 뇌 손상은 안면인식불능증(prosopagnosia)으로 알려진 장애를 유발할 수 있으며, 이는 자신의 얼굴을 포함하여 얼굴을 인식할 수 없습니다. 이 작업은 안면 실명을 진단하는 데 자주 사용되는데, 안면 인식을 가진 개인은 일반적으로 거꾸로 된 얼굴을 식별하는 것만큼이나 오른쪽이 위로 향하는 얼굴을 식별하는 데 어려움을 겪기 때문입니다. 당신은 방금 거꾸로 된 얼굴 효과에 대한 JoVE의 소개를 보았습니다. 이제 일련의 얼굴의 인코딩을 구현하고 기억으로 친숙한 얼굴을 검색하여 이러한 유형의 실험을 설계하고 수행하는 방법을 잘 이해해야 합니다. 결과를 분석하고 해석하는 방법도 알아야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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감각과 지각

face recognition and upside-down faces

Face recognition is a specialized part of human perception. It often feels effortless, but it actually depends on complex and intensive processing. The brain uses dedicated networks to detect faces and tell them apart.

Face Recognition and Upside-Down Faces

color afterimages

Color Opponency and Afterimages

Color afterimages show how the brain uses opponent color signals to process vision. Human color vision can separate millions of hues, even though it depends on fairly simple hardware. A key part of that ability comes from an opponent system in the brain. In an opponent system, the presence of one kind of color signal is treated as evidence for the absence of another. The absence of one signal can also count as evidence for the other. For example, some brain cells respond when blue is present...

finding your blind spot and perceptual filling-in

finding-your-blind-spot-and-perceptual-filling-in

How the Brain Fills In the Blind Spot

The blind spot is a gap in vision created by the retina and optic nerve. The retina contains light-sensitive cells that detect light and send signals to the brain through the optic nerve, a bundle of neural fibers. In each retina, there is one area in the periphery where these outputs collect and the optic nerve exits. That spot has no photosensitivity, so light that lands there does not create a signal. This means humans have a blind spot, or a place in the visual field where incoming stimuli...

perspectives on sensation and perception

Sensory Illusions in Perception

Sensation and perception explain how the brain turns sensory signals into what we see, hear, feel, and taste. Sensation is the process of transducing signals from sensory organs, such as the eyes. Perception is how the brain interprets those messages. This field has a long history that reaches back to the 19th century. During that time, scientists made major progress in understanding the properties of light and how they connect to the visual system. Those findings helped shape modern ideas...

motion-induced blindness

Visual Awareness Through Motion Illusion

Visual awareness and motion-induced blindness show how the brain shapes what people see. In visual perception and sensation, what appears in the world is not a direct copy of physical reality. People may miss real objects, see things that are not there, or see them in a distorted way. Scientists use the word awareness to mean what people actually perceive. To study awareness, vision researchers often rely on illusions and misperceptions. These cases help reveal how the brain builds experience...

the rubber hand illusion

Body Mapping and the Rubber Hand Illusion

The Rubber Hand Illusion shows how the brain builds a map of the body in space. This body map helps people reach for objects, walk without hitting obstacles, and sit down without missing a chair. It depends on proprioception, which is the brain's sense of where the limbs are based on control and feedback signals. The brain does not rely on proprioception alone. It also uses vision, touch, and even sound to represent body parts in space. The classic illusion, first described by Botvinick and...

the ames room

How the Ames Room Warps Depth

The Ames Room is a visual illusion that changes how people judge depth and size. It is built to show how the brain uses assumptions to recover three-dimensional space from a two-dimensional image on the retina. The retina is the light-sensitive tissue inside the human eye. Light from objects in the world reflects onto the retina and creates patterns of stimulation. Objects that are side-by-side in the world usually create side-by-side stimulations on the retina. Distance is harder to recover,...

inattentional blindness

Visual Attention and Missed Objects

Visual attention helps determine which parts of the visual world the brain processes and how well it processes them. Because attention is limited, people cannot take in everything at once, even when an object is right in front of them. Researchers began showing this effect in the 1960s. Ulrich Neisser demonstrated that people can miss visible objects when their attention is distracted. Later, in the 1980s and 1990s, Arien Mack and Irvin Rock built on that work and developed a simple way to...

spatial cueing

Measuring Visual Attention with Cues

Visual attention is the limited ability to focus on some information while ignoring other stimuli in the environment. It is studied in many senses, including vision, hearing, touch, taste, and smell. Researchers most often examine it in vision because it is easy to test with controlled displays. A common method is the spatial cueing paradigm. In this task, a cue appears to guide attention toward one location, and researchers measure what happens when attention is focused there instead of...

the attentional blink

Measuring Visual Attention Lapses

Visual attention is needed to recognize a stimulus. Early in vision, objects are not seen as whole objects. They are processed as features such as lines, corners, texture changes, color, and light. Attention helps later processing combine those features into something the brain can identify. This makes attention a major topic in vision research. A key question is how people sustain attention over time. Sustained attention means keeping focus from moment to moment. It takes effort, especially...

crowding

Peripheral Vision and Letter Crowding

Peripheral vision and letter crowding are shown in this high school science video. The lesson connects how the eye samples light with why objects are harder to recognize at the edge of vision. Human vision depends on light-sensitive neurons in the back of the eye called the retina. These neurons are rods and cones, named for their shapes. They are not spread evenly across the retina. The center region, called the macula, has a dense pack of cones. Cones are especially concentrated in the...

the inverted-face effect

Face recognition is a specialized part of human perception. It often feels effortless, but it actually depends on complex and intensive processing. The brain uses dedicated networks to detect faces and tell them apart.

the mcgurk effect

How Lip Reading Shapes Speech Perception

Speech perception depends on both hearing and vision. In many face-to-face conversations, the mouth gives strong visual clues about what a person is saying. Those clues can help the brain sort out speech sounds that are hard to hear clearly. This reliance on visual input is one reason spoken language is easier to understand when the speaker’s face is visible and close up. The mouth can sometimes provide better information than the sound alone. When the brain combines what it sees with what it...

just-noticeable differences

Measuring Size Changes with JND

Psychophysics studies how physical changes become neural signals and mental ideas about magnitude. A key idea in this field is the just-noticeable difference, or JND. A JND is the smallest change people can perceive. Size is a clear way to study JND. Small changes in a child’s height may go unnoticed from day to day. After a longer absence, such as a return from sleep-away camp or a visit after many weeks, those same small changes can seem obvious because they have added up. Researchers...

the staircase procedure for finding a perceptual threshold

the-staircase-procedure-for-finding-a-perceptual-threshold

Measuring Auditory Thresholds with Staircase Testing

Psychophysics studies how the physical strength of a stimulus relates to what people actually perceive. It focuses on perceptual thresholds, which are the smallest amounts of stimulation a person can sense. Examples include the brightness needed to see a light, the pressure needed to feel touch, and the softness of a sound that can still be heard. The staircase procedure is an efficient method for finding a perceptual threshold. Here, the stimulus is adjusted step by step based on a person’s...

object substitution masking

Visual Masking with Object Substitution

Visual masking describes cases where one image is presented, but an observer does not perceive it because a second image appears. In vision science, this kind of interference helps researchers study how the brain selects and stores visual information. Object substitution masking is a surprising form of visual masking. It became an important topic in vision research after it was discovered relatively recently, around 1997, by Enns and Di Lollo. The effect has been studied because it shows that...

sensation and perception

이 컬렉션은 뇌가 어떻게 복잡한 감각을 처리하며 의식적 인식과 시각, 촉각 및 청각 지각에 직면하는 문제를 해결하는지 연구하는 다양한 절차를 탐구합니다

Explore how the brain processes faces and why upside-down faces are harder to recognize. Learn the inverted-face effect through incidental memory testing.

Face Recognition and Upside-Down Faces | JoVE K12

Jonathan Flombaum

Overview

Experimental Design

Running the Experiment

Representative Results

Applications

Summary

Characteristics of Life

Biology is a natural science that studies life and living organisms, including their structure, function, development, interactions, evolution, ...

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Cell Structure

Background
Cells represent the most basic biological units of all organisms, whether it be simple, single-celled organisms like bacteria, or large, ...

Visualizing Onion and Cheek Cells
ExpandImmediately before the experiment, wash and peel onion bulbs for the class.
Remove the entire brown outer skin and ...

Visualizing Onion and Human Cells
ExpandIn this experiment you will prepare different types of cells from a plant and animal, onion and human ...

What are Cells?

Cell Diversity

The concept of a cell started with microscopic observations of dead cork tissue by Robert Hooke in 1665. Hooke coined the term &#34;cell&#34; based on the ...

Cytoplasm

The cytoplasm consists of organelles and a framework of protein scaffolds called the cytoskeleton suspended in an aqueous solution, the cytosol. The ...

The Nucleus

The nucleus is a membrane-bound organelle that acts as a control center in a eukaryotic cell. It contains chromosomal DNA, which controls gene expression ...

The Central Dogma

The DNA Helix

Nucleic Acids

DNA as a Genetic Template

Structure of a Gene

A gene is the fundamental unit of heredity. Every individual has two copies of each gene, one inherited from each parent. Although most people contain the ...

Chromosome Structure

Base-pairing and DNA Repair

What is Gene Expression?

A gene is a stretch of DNA that serves as the blueprint for functional RNAs and proteins. Since DNA is comprised&#160; of nucleotides and proteins are ...

RNA Structure

The basic structure of RNA consists of a string of ribonucleotides attached by phosphodiester bonds. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

Types of RNA

Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs perform diverse ...

Transcription

Transcription is the synthesis of RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. ...

Translation

Translation is the process of synthesizing proteins from the genetic information carried by messenger RNA (mRNA). Following transcription, it constitutes ...

Ribosomes

Ribosomes translate genetic information encoded by messenger RNA (mRNA) into proteins. Both prokaryotic and eukaryotic cells have ribosomes. Cells that ...

Protein and Protein Structures

Proteins: From Genes to Degradation

From DNA to Protein

The flow of genetic information in cells from DNA to mRNA to protein is described by the central dogma, which states that genes specify the sequence of ...

Protein Folding

Proteins are chains of amino acids linked together by peptide bonds. Upon synthesis, a protein folds into a three-dimensional conformation, critical to ...

An Overview of Gene Expression

Gene expression is the complex process where a cell uses its genetic information to make functional products. This process is regulated at multiple ...

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An Introduction to Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans is a microscopic, soil-dwelling roundworm that has been powerfully used as a model organism since the early 1970&rsquo;s.  It was ...

An Overview of Genetic Analysis

An organism&#8217;s physical traits, or phenotype, are a product of its genotype, which is the combination of alleles (gene variants) inherited from its ...

An Introduction to Cell Death

Necrosis, apoptosis, and autophagic cell death are all manners in which cells can die, and these mechanisms can be induced by different stimuli, such as ...

An Overview of Genetic Engineering

Genetic engineering &#8211; the process of purposefully altering an organism&#8217;s DNA &#8211; has been used to create powerful research tools and model ...

An Introduction to Cell Division

Cell division is the process by which a parent cell divides and gives rise to two or more daughter cells. It is a means of reproduction for single-cell ...

An Overview of Genetics and Disease

Many human diseases are associated with mutations or variations in genetic sequences. Some of these genetic variants are heritable, passed down from ...

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An Introduction to Cellular and Molecular Neuroscience

Cellular and molecular neuroscience is one of the newest and fastest growing subdisciplines in neuroscience. By investigating the influences of genes, ...

Annexin V and Propidium Iodide Labeling

Staining with annexin V and propidium iodide (PI) provides researchers with a way to identify different types of cell death&#8212;either necrosis or ...

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An Introduction to Developmental Genetics

Development is the complex process through which a single-celled embryo transforms into a multicellular organism. Developmental processes are guided by ...

Bacterial Transformation: Electroporation

The term &#x201C;transformation&#x201D; refers cellular ingestion of foreign DNA.  In nature, transformation can occur in certain types of bacteria.  In ...

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An Introduction to Molecular Developmental Biology

Molecular signals play a major role in the complex processes occurring during embryonic development. These signals regulate activities such as cell ...

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Bacterial Transformation: The Heat Shock Method

Transformation is the process that occurs when a cell ingests foreign DNA from its surroundings. Transformation can occur in nature in certain types of ...

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Cell Cycle Analysis

Cell cycle refers to the set of events through which a cell grows, replicates its genome, and ultimately divides into two daughter cells through the ...

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An Overview of Epigenetics

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Community DNA Extraction from Bacterial Colonies

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba - The University of Arizona
Demonstrating Author: Luisa Ikner
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Cytogenetics

Cytogenetics is the field of study devoted to chromosomes, and involves the direct observation of a cell&#8217;s chromosomal number and structure, ...

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Embryonic Stem Cell Culture and Differentiation

Culturing embryonic stem (ES) cells requires conditions that maintain these cells in an undifferentiated state to preserve their capacity for self-renewal ...

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Enzyme Assays and Kinetics

Enzyme kinetics describes the catalytic effects of enzymes, which are biomolecules that facilitate chemical reactions necessary for living organisms. ...

DNA Ligation Reactions

In molecular biology, ligation refers to the joining of two DNA fragments through the formation of a phosphodiester bond.  An enzyme known as a ligase ...

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Explant Culture for Developmental Studies

Explant culture is a technique in which living cells or tissues are removed from an embryo for continued development outside of the organism. This ex vivo ...

DNA Methylation Analysis

Methylation at CpG dinucleotides is a chemical modification of DNA hypothesized to play important roles in regulating gene expression. In particular, the ...

Expression Profiling with Microarrays

Microarrays are important tools for profiling gene expression, and are based on complementary binding between probes that are attached to glass chips and ...

Density Gradient Ultracentrifugation

Density gradient ultracentrifugation is a common technique used to isolate and purify biomolecules and cell structures. This technique exploits the fact ...

F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET)

F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) is a phenomenon used to investigate close-range biochemical interactions. In FRET, a donor photoluminescent ...

detecting-environmental-microorganisms-with-polymerase-chain-reaction

Detecting Environmental Microorganisms with the Polymerase Chain Reaction and Gel Electrophoresis

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba - Arizona University
Demonstrating Author: Bradley Schmitz
Polymerase chain reaction (PCR) is ...

Gel Purification

Gel purification is used to recover DNA fragments after electrophoretic separation. DNA recovery from an agarose gel includes three basic steps: binding, ...

Detecting Reactive Oxygen Species

Reactive oxygen species are chemically active, oxygen-derived molecules capable of oxidizing other molecules. Because of their reactive nature, there are ...

Gene Silencing with Morpholinos

Morpholino-mediated gene silencing is a common technique used to study roles of specific genes during development. Morpholinos inhibit gene expression by ...

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Development and Reproduction of the Laboratory Mouse

Successful breeding of the laboratory mouse (Mus musculus) is critical to the establishment and maintenance of a productive animal colony. Additionally, ...

Construct an explanation based on evidence for how the structure of DNA determines the structure of proteins which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells.

HS-LS1-1.

Face Recognition and Upside-Down Faces

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