Как мозг обрабатывает эмоции андроидов: исследование конфигуральной обработки

Введение в обработку эмоциональных выражений андроидов

Роботы-андроиды представляют собой уникальные искусственные агенты, способные имитировать человеческие эмоциональные выражения лица, что может быть полезно как для исследований, так и для социальных приложений. Для исследовательских целей андроиды могут стать привлекательной альтернативой в исследованиях facial expressions (мимических выражений) для реалистичных взаимодействий в контролируемых условиях, позволяющих изучать обработку мимических выражений. В прикладных целях андроиды могут выполнять функции социальной поддержки в уходе за пожилыми людьми, сфере услуг, образовании и эмоциональном труде. Однако существует несколько проблем, связанных со способностями андроидов воспроизводить человеческие эмоциональные выражения.

Мимические выражения могут быть определены специфическими наборами движений лицевых мышц, и поэтому социальные андроиды должны быть способны достоверно имитировать эти наборы движений. Статистическая оценка способностей андроидов выражать эмоции на лице отсутствует и сосредоточена на ограниченном количестве эмоциональных выражений. Недавнее исследование разработало и validated (валидировало) андроида по имени Никола, который может показывать мимические выражения шести основных эмоций, как люди, используя пневматические actuators (приводы) с временным разрешением в миллисекунды.

Конфигуральная обработка: ключевое различие между человеком и андроидом

В указанном исследовании андроид Никола мог демонстрировать узнаваемые базовые эмоции: гнев, отвращение, страх, радость, печаль и удивление. Исследование воспроизвело результаты предыдущих работ о влиянии скорости динамического выражения (движения лицевых action units (единиц действия)) на распознавание эмоций с использованием выражений Николы. Однако до сих пор неизвестно, обрабатываются ли эмоциональные выражения лиц людей и андроидов в аналогичном режиме.

Многочисленные психологические evidence (доказательства) указывают на то, что структура лица и выражения человека обрабатываются configural manner (конфигуральным образом). Насколько нам известно, ни одно исследование не изучало, могут ли выражения лица андроида, такого как Никола, аналогично обрабатываться в конфигуральном режиме. Для изучения этого вопроса мы использовали два метода нарушения конфигуральной обработки выражений лица: инверсию и манипуляцию асинхронностью.

Эффект инверсии в обработке выражений лица

Предыдущие исследования показали, что инвертированные presentation (предъявления) динамических выражений нарушают распознавание эмоций. Исследования базового восприятия лиц показали, что инвертированные предъявления ухудшают обработку лиц из-за трудностей, связанных с configural или holistic effects (конфигуральными или холистическими эффектами). Например, Фара и др. instructed (инструктировали) участников обрабатывать лица либо холистически, либо частично и просили их узнавать лица, представленные в вертикальном или инвертированном положении.

Результаты показали, что инверсия нарушала распознавание лиц только тогда, когда субъекты обрабатывали лица холистически. Преимущество распознавания в вертикальном положении можно объяснить усиленной конфигуральной или холистической обработкой, developed (развитой) благодаря extensive experience (обширному опыту) взаимодействия с вертикальными (но не инвертированными) лицами. Аналогично, исследования, показывающие преимущество распознавания в вертикальном положении для динамических выражений, указывают на роль конфигуральной обработки в мимических выражениях. Поскольку обработка выражений андроида должна приближаться к обработке человеческих выражений, здесь ожидаются эффекты инверсии для распознавания эмоций андроида.

Роль асинхронности в обработке выражений

Второй метод — манипуляция асинхронностью между чертами лица. Обработка синхронных и асинхронных выражений recruits (задействует) активность в различных мозговых центрах, потенциально отражая global versus local processing (глобальную versus локальную обработку) информации о выражении лица. Более того, синхронное движение помогает связывать motion features (особенности движения) в мимических выражениях, что нарушается, когда лицевые мышцы движутся асинхронным образом. Таким образом, манипуляция асинхронностью может нарушить конфигуральную обработку динамических эмоциональных выражений.

Методология исследования

Для исследования роли конфигуральной обработки в эмоциональном выражении андроидов мы представили видео динамических выражений лица, выражающих гнев и радость, людей и Николы в вертикальном versus инвертированном направлении и синхронном (нормальном) versus асинхронном режиме. Если конфигуральная обработка между человеком и андроидом аналогична, то инверсия и асинхронность должны нарушать распознавание эмоций как человеческих, так и андроидных агентов.

Для дальнейшего исследования эффектов на обработку эмоций использовались dimensional measures (размерные меры) валентности (удовольствие–неудовольствие) и возбуждения (физиологическая активация) из circumplex model (циркумплексной модели) — широко используемой модели оценки выражений эмоций на лице.

Гипотезы исследования

• Инверсия снижает способность распознавать выражения гнева и радости как для человеческих, так и для андроидных выражений.
• Асинхронность снижает способность распознавать выражения гнева и радости как для человеческих, так и для андроидных выражений.
• Инверсия снижает оценки валентности и возбуждения в человеческих и андроидных выражениях.
• Асинхронность снижает оценки валентности и возбуждения в человеческих и андроидных выражениях.

Результаты: распознавание эмоций

Были проведены ANOVA (дисперсионные анализы) с повторными измерениями по шкалам оценок распознавания гнева и радости с ориентацией, асинхронностью, агентом и эмоцией в качестве факторов. Результаты для оценок гнева и радости изображены на рис. 1.

Для распознавания гнева наблюдались значимые основные эффекты для ориентации и эмоции, а также значимое взаимодействие асинхронность × агент. Анализ simple effects (простых эффектов) показал, что асинхронность значительно снижала оценки гнева для человеческих выражений, но не влияла на выражения андроида. Для распознавания счастья наблюдались значимые основные эффекты для ориентации, асинхронности, агента и эмоции, а также значимые взаимодействия ориентация × эмоция и асинхронность × агент.

Влияние на валентность и возбуждение

Для оценок валентности наблюдались значимые основные эффекты для ориентации, асинхронности, агента и эмоции, а также значимые взаимодействия ориентация × эмоция и асинхронность × агент. Анализ простых эффектов показал, что асинхронность значительно снижала оценки валентности для человеческих выражений, но не для выражений андроида. Для оценок возбуждения наблюдались значимые основные эффекты для ориентации, асинхронности, агента и эмоции, а также значимое взаимодействие асинхронность × агент.

Анализ простых эффектов показал, что асинхронность значительно снижала оценки возбуждения для человеческих выражений, но не для выражений андроида. Инверсия не влияла на какие-либо меры, независимо от типа агента. Эти результаты показывают, что асинхронность, но не инверсия, нарушает обработку человеческих, но не андроидных, выражений.

Обсуждение результатов

Настоящее исследование было направлено на изучение того, обрабатываются ли динамические выражения лица андроида конфигуральным образом, аналогичным человеческим выражениям. Для этого мы манипулировали ориентацией (вертикальная против инвертированной) и асинхронностью (синхронная против асинхронной) в выражениях гнева и радости, созданных человеком и андроидом (Никола).

Вопреки нашим гипотезам, инверсия не влияла на распознавание эмоций, валентность или возбуждение ни для человеческих, ни для андроидных выражений. Напротив, асинхронность значительно снижала распознавание эмоций, валентность и возбуждение для человеческих выражений, но не влияла на какие-либо меры для андроидных выражений. Эти результаты показывают, что динамические выражения лица обрабатываются на основе синхронности конфигуральным образом для людей, но не для андроидов.

Отсутствие эффекта инверсии

Отсутствие эффекта инверсии для человеческих выражений противоречит предыдущим исследованиям, показывающим, что инверсия нарушает распознавание динамических выражений. Это несоответствие может быть объяснено различиями в методах. В предыдущих исследованиях использовались выражения, которые развивались от нейтрального к пиковому выражению, тогда как в настоящем исследовании использовались выражения, которые oscillated (осциллировали) между нейтральным и пиковым выражением.

Осциллирующий характер выражений, использованных в настоящем исследовании, мог сделать выражения более узнаваемыми, тем самым уменьшая эффект инверсии. Это объяснение подтверждается исследованиями, показывающими, что инверсия оказывает меньшее влияние на распознавание эмоций в динамических versus статических выражениях. Будущие исследования должны изучить эффекты инверсии, используя различные типы динамических выражений.

Эффект асинхронности для человеческих выражений

Настоящие результаты показывают, что асинхронность нарушает обработку человеческих выражений, что согласуется с предыдущими исследованиями, показывающими, что асинхронность нарушает распознавание эмоций и оценки измерений. Настоящее исследование расширяет эти результаты, показывая, что асинхронность нарушает как распознавание эмоций, так и измерения измерений. Тот факт, что асинхронность нарушала обработку человеческих выражений, но не андроидных выражений, предполагает, что человеческие выражения обрабатываются конфигуральным образом, зависящим от синхронности, тогда как андроидные выражения — нет.

Ограничения исследования и будущие направления

Настоящее исследование имеет несколько limitations (ограничений). Во-первых, мы тестировали только две эмоции: гнев и радость. Будущие исследования должны изучить, распространяются ли настоящие результаты на другие эмоции. Во-вторых, мы использовали только одного андроида (Никола). Будущие исследования должны изучить, применимы ли настоящие результаты к другим андроидам.

В-третьих, мы манипулировали асинхронностью, изменяя timing (время) движений лицевых мышц. Будущие исследования должны изучить эффекты других types (типов) конфигуральных манипуляций, таких как манипуляции с пространственным расположением черт лица. Несмотря на эти ограничения, настоящее исследование provides (предоставляет) первые evidence (доказательства) того, что динамические выражения лица андроида не обрабатываются конфигуральным образом, аналогичным человеческим выражениям.

Заключение и implications (последствия)

Настоящее исследование показывает, что динамические выражения лица обрабатываются на основе синхронности конфигуральным образом для людей, но не для андроидов. Эти результаты имеют implications (последствия) для исследований и приложений, связанных с андроидами. Для исследований present (настоящие) результаты предполагают, что андроиды могут не подходить для изучения конфигуральной обработки выражений лица.

Для приложений настоящие результаты предполагают, что андроиды могут быть не в состоянии вызывать те же эмоциональные реакции, что и люди, из-за различий в обработке их выражений. Будущие исследования должны изучить, можно ли обучить людей обрабатывать выражения андроида конфигуральным образом, или можно ли разработать андроидов, выражения которых обрабатываются конфигуральным образом.

Результаты clearly indicate (четко указывают) на фундаментальное различие в том, как человеческий мозг воспринимает и обрабатывает эмоциональные выражения, созданные людьми и андроидами, что имеет глубокие последствия для будущего human-robot interaction (взаимодействия человека и робота).