Позеленеть от злости, покраснеть от стыда, спорить до посинения, бледна как смерть — эти меткие фразеологизмы, вошедшие в наш язык, легли в основу многих научных исследований о цвете человеческого лица. Что удалось узнать ученым?
Российское ноу-хау?
В сентябре стало известно об изобретении российских ученых. Специалисты из МГТУ им. Баумана разработали технологию, позволяющую диагностировать проблемы с сердцем по цвету кожи. Для этого нужна всего лишь видеокамера и специальная компьютерная программа, которая считывает нарушения сердечного ритма по малейшим изменениям оттенков лица. То, что не видно человеческому глазу, заметно искусственному интеллекту. Он способен вовремя сообщить об усталости, стрессе, сниженной работоспособности и проблемах сердечно-сосудистой системы.
Разработчики с кафедры биомедицинских технических систем считают, что сфера применения этой технологии может быть очень широкой. От телемедицины, когда вы консультируетесь со своим врачом онлайн, до выхаживания недоношенных младенцев. В будущем такая программа могла бы работать в умных домах и сообщать их владельцам не только о температуре в помещении, но и о состоянии их сердечно-сосудистой системы. Также девайс потенциально полезен в транспорте — для контроля за здоровьем водителя, предотвращения ДТП, которые случаются из-за инсультов, инфарктов, потери сознания и других физиологических проблем.
Предыдущие открытия
Справедливости ради отметим, что сама идея диагностики сердечно-сосудистых заболеваний по цвету кожи не нова. Еще в 2014-м Медицинский центр Университета Рочестера и компания Хerox представили свой пилотный проект для диагностики путем бесконтактного видеомониторинга. С помощью веб-камеры и программных алгоритмов разработчики научились выявлять фибрилляцию предсердий — излечимое, но потенциально опасное заболевание сердца. Хотя это состояние несложно диагностировать, у многих людей оно проходит незамеченным. Подсчитано, что 30% людей с мерцательной аритмией не догадываются, что у них вообще есть это состояние. При отсутствии лечения у человека значительно возрастают риски образования тромбов и инсульта.
Оказалось, что лицо является идеальным местом для обнаружения этого явления, потому что кожа тоньше, чем другие части тела, а кровеносные сосуды расположены ближе к поверхности. Свой метод диагностики ученые назвали видеоплетимографией и проверили его точность, сравнив результаты видеомониторинга по цвету лица с данными ЭКГ. Ошибка метода составила всего 20%, что сопоставимо с частотой ошибок автоматизированной системы анализа и интерпретации ЭКГ (от 17% до 29%).
В 2018 году была запатентована еще одна похожая технология — бесконтактный инструмент оценки частоты сердечных сокращений, разработанный инженерами-электриками из Университета штата Юта. Один из авторов Нейт Рубен признался, что придумал ее еще в 2012-м. Тогда родился его ребенок, и жена все время бегала в детскую проверить, как спит новорожденный. Он хотел создать бесконтактный монитор для наблюдения за сердечным ритмом младенца. Получилось не сразу. Дети много двигаются во сне, и это создает помехи для измерений. Однако в паре со своим учителем, профессором электротехники Джейком Гюнтером, они довели идею до работающего инструмента, используя видеокамеру и специализированное программное обеспечение.
Все эти технологии работают по общему принципу. Видеокамеры записывают изображения в значениях красного, зеленого и синего цветов. Но для анализа используется только зеленый. «Гемоглобин в крови имеет пик поглощения зеленого света, — рассказал Гюнтер. — Поэтому, когда сердце толкает кровь в артерии, расположенные рядом с кожей, больше зеленого света поглощается и меньше отражается. Это означает, что мы видим меньше зеленых значений на изображениях с камеры». Подобное революционное медицинское оборудование могло бы заменить больничные инструменты, которые контролируют кровяное давление и уровень кислорода в крови. Особенно это актуально в педиатрии.
Покрылся багрянцем — обучил нейросеть
Цвет лица — это не только важный показатель здоровья, но и способ проявления эмоций. Вспомните, как от стыда горят щеки, как от страха бледнеет лицо, и вы поймете, почему ученые так пристально наблюдают за оттенками человеческой кожи. Дальше всех, пожалуй, продвинулись в этой сфере ученые из Университета штата Огайо. В 2018-м они представили запатентованную компьютерную программу, которая правильно распознает человеческие эмоции по цвету лица с точностью 90%.
Этому предшествовало большое исследование на людях и компьютерный анализ, выявивший связь между каждой эмоцией и оттенком кожи. На одном из этапов работы ученые демонстрировали волонтерам лица, лишенные мимики, но окрашенные в определенные тона. Каждое соответствовало разным чувствам: грусти, печали, счастью, радости, удивлению и т. д. Большинство добровольцев смогли определить эмоции по цвету правильно (точность составила примерно 70%). На основе этих тестирований специалистам удалось обучить искусственный интеллект сопоставлять оттенок лица с чувствами человека даже лучше, чем это делали участники исследования. Например, счастье компьютер определял в 90% случаев, радостное удивление — в 85%, гнев — в 80%.
Авторы этой программы считают, что она могла бы пригодиться в области нейробиологии и компьютерных наук: например, можно обучить ИИ распознавать и имитировать человеческие эмоции. Эта разработка наверняка пользовалась бы спросом и у людей с аутизмом, которые от природы не способны определять эмоции других людей. Кроме того, подобные исследования расширяют знания антропологов об эволюции человека. Ведь только у людей, в отличие от человекообразных обезьян, нет шерсти на лице, зато есть возможность проявлять свои эмоции, меняя оттенки кожи.
Возможно, для наших далеких предков это было неким эволюционным преимуществом: показать свой румянец партнеру, покраснеть от гнева в споре или позеленеть от злости при виде врага. Ряд исследований показывают, что и сегодня люди придают большое значение цвету лица своих соплеменников: более насыщенная кислородом кожа воспринимается как более здоровая, а сам человек кажется более привлекательным.
