Une intelligence artificielle parvient à comprendre les émotions des souris à partir de leurs expressions faciales
Pourrait-on programmer un ordinateur pour qu’il ressente des émotions ? Nous n’en sommes pas sûrs, mais nous savons maintenant que nous pouvons lui apprendre à les reconnaître à partir des expressions faciales des souris.
Image d’entête : les souris bougent leurs oreilles, leurs joues et leurs yeux pour transmettre leurs émotions. (Nature)
Des chercheurs du California Institute of Technology (Caltech/ Etats-Unis) ont mis au point un système d’intelligence artificielle capable de surveiller les expressions faciales des souris pour déterminer si elles ressentent de la douleur. Cette recherche pourrait avoir des applications directes en aidant les chercheurs à mieux juger de l’efficacité des analgésiques lors des essais sur les animaux et pourrait aider à comprendre les processus neuronaux qui “codent” certaines expressions faciales chez les humains.
Pour les chercheurs, le développement de cette IA constitue « une première étape importante » dans la compréhension des aspects encore inconnus de l’émotion et de la manière dont ils apparaissent dans le cerveau.
Selon la neuroscientifique Nadine Gogolla, de l’Institut Max Planck de neurobiologie de Martinsried, en Allemagne, qui a dirigé cette étude de 3 ans :
J’étais fascinée par le fait que nous, les humains, avons des états émotionnels que nous ressentons comme des sentiments. Je voulais voir si nous pouvions apprendre comment ces états émergent dans le cerveau à partir d’études sur les animaux.
Bien que cela puisse sembler être une vérité intuitive pour nombre d’entre nous, l’idée que les animaux puissent afficher leurs émotions à travers des expressions faciales a été introduite pour la première fois dans les cercles académiques il y a environ 150 ans par Charles Darwin. Mais, depuis lors, cette idée a longtemps dû rester au stade de l’hypothèse, nous ne disposions tout simplement pas de moyens fiables pour capturer et analyser les mouvements faciaux des animaux modèles ou pour les relier à l’activité neuronale.
Pour l’étude, l’équipe a fixé des souris de manière à ce que leur tête reste immobile, puis elle a introduit différents stimuli sensoriels aux animaux pour déclencher des émotions particulières. Parmi les exemples de stimuli, il y a le fait de placer des liquides sucrés ou amers sur les lèvres des souris pour évoquer des émotions telles que le plaisir ou le dégoût. La douleur a été produite en administrant de petites décharges électriques à la queue, et des sentiments de malaise ont été produits en injectant aux animaux du chlorure de lithium.
L’équipe a surveillé les mouvements des oreilles, des joues, du nez et de la partie supérieure des yeux de la souris. Malgré cela, ils n’ont pas pu déterminer de manière fiable quelles émotions étaient véhiculées par les différentes expressions.
C’est pourquoi ils ont décidé de décomposer les enregistrements vidéo des mouvements faciaux en instantanés ultra-courts, au fur et à mesure que les animaux répondaient aux différents stimuli. Ces clichés ont ensuite été soumis à un algorithme d’apprentissage automatique pour leur apprendre à reconnaître des expressions distinctes. Ils ont ensuite appris à corréler ces expressions avec des états émotionnels, qui ont été estimés en fonction du type de stimuli auxquels les animaux ont été exposés.
Parmi les résultats obtenus par l’IA, une souris qui éprouve du plaisir tire son nez vers la bouche, ses oreilles et sa mâchoire vers l’avant. Lorsqu’elle ressent de la douleur, elle tire les oreilles en arrière, gonfle les joues et parfois plisse les yeux. Les expressions identifiées étaient persistantes, explique l’équipe, et leur force était corrélée à l’intensité du stimulus.
Les souris présentent des expressions faciales qui correspondent à des émotions, comme les humains. Les chercheurs ont stimulé des souris pour leur faire ressentir des émotions comme le plaisir et la peur et ils ont analysé comment leurs muscles faciaux se déplaçaient en analysant des vidéos. (Dolensek et col./ Nature)
L’utilisation de l’IA pour ce type de recherche permet d’éliminer les biais qui pourraient interférer avec l’interprétation des émotions que chaque animal pourrait ressentir, ajoute l’équipe.
À l’aide d’une technique appelée optogénétique, qui permet de faire en sorte que des neurones génétiquement modifiés s’allument ou s’activent lorsqu’une forte lumière est braquée sur eux, les chercheurs ont examiné où ces émotions se formaient dans le cerveau. L’équipe a ciblé des circuits neuronaux individuels qui ont été liés à la formation d’émotions particulières chez l’humain et la souris, afin d’induire ces états émotionnels chez les souris. Lorsqu’elles ont été stimulées de cette manière, les souris ont adopté des expressions faciales pertinentes, validant ainsi les résultats des étapes précédentes.
Enfin, l’équipe a utilisé une technique spécialisée pour observer les neurones individuels dans le cerveau de la souris qui étaient activés uniquement lorsque des émotions et des expressions faciales particulières étaient évoquées. Cette étape supplémentaire a confirmé leurs résultats et pourrait aider à identifier les neurones spécifiques qui régissent la formation des états émotionnels et des expressions faciales associées.
Selon Gogolla :
Ils pourraient représenter une partie d’un codage des émotions dans le cerveau. Nous pensons que le codage des émotions peut être conservé au cours de l’évolution, et donc que le codage chez les humains et les souris peut partager certaines caractéristiques communes.
L’étude présentée dans Nature : Artificial intelligence decodes the facial expressions of mice.