沒有情緒的人工智能如何識(shí)別人類的情緒？ | 機(jī)智過人
?蛟龍突擊隊(duì)
編者按
從了解情緒變化過程中肌肉的變化，到利用機(jī)器識(shí)別人類的情緒，我們對情緒的認(rèn)知是個(gè)漫長而又漸進(jìn)的過程。最新一期的《機(jī)智過人》，展示了機(jī)器成功識(shí)別人類不易觀察的情緒變化的案例。人類的情緒為何會(huì)被識(shí)別？機(jī)器又如何能夠判斷出人類情緒變化的？這是本文要回答的兩個(gè)問題。
撰文 | 陳燕惠
責(zé)編 | 程 莉
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黑色戰(zhàn)服、極短板寸以及犀利的目光，在海軍戰(zhàn)士中格外搶眼，這種特種作戰(zhàn)隊(duì)伍就是蛟龍突擊隊(duì)。遠(yuǎn)赴亞丁灣，執(zhí)行護(hù)航任務(wù)、解救被海盜劫持的貨船、參與也門撤僑行動(dòng)，滲透潛入地區(qū)，解救中國公民，他們是不折不扣的鋼鐵戰(zhàn)士。特別值得稱道的是，他們的心理素質(zhì)尤其過硬，在他們堅(jiān)毅的臉上，看不出任何情緒的波動(dòng)。
8月25日，蛟龍突擊隊(duì)的8名退伍軍人作為超級(jí)檢驗(yàn)員，來到《機(jī)智過人》第二季的節(jié)目現(xiàn)場，一同接受檢驗(yàn)官：人工智能警察——阿爾法鷹眼和一線刑警心理咨詢師——孟偉的輪番考驗(yàn)：他們細(xì)微的情緒變化，能不能被識(shí)別？
經(jīng)過兩輪激烈的對戰(zhàn)，極善于觀察人類情緒的行業(yè)檢驗(yàn)官孟偉，最終卻在僅憑視頻監(jiān)測的 “阿爾法鷹眼”面前敗下陣來。
情緒為何難以控制？
情緒(emotion)一詞，最早可追溯到1579年，來源于法語單詞émouvoir，意為挑起或攪動(dòng)。因此，情緒事實(shí)上即是多種感覺、思想和行為交織一起，綜合產(chǎn)生的心理和生理狀態(tài)。從生物進(jìn)化角度而言，情緒可以分為基本情緒和復(fù)合情緒，而前者主要由6種基本的形式構(gòu)成，包括高興、憤怒、驚訝、厭惡、悲傷和害怕，是與生俱來的，為人和動(dòng)物所共有。
?電影《頭腦特工隊(duì)》中的五種情緒小人：樂樂、怕怕、怒怒、厭厭和憂憂。
情緒通常表現(xiàn)出明顯的沖動(dòng)性和外部特征，包括：認(rèn)知評估、身體反應(yīng)、主觀體驗(yàn)（如喜悅、憤怒，悲傷等）、外在表現(xiàn)（面部表情、身體姿態(tài)和動(dòng)作等）和行動(dòng)傾向（產(chǎn)生動(dòng)機(jī)）。情緒機(jī)制是人類經(jīng)歷漫長進(jìn)化過程之后而固化的一種本能。例如，在原始社會(huì)，當(dāng)我們的祖先面對猛虎野獸攻擊時(shí)，他們通常會(huì)產(chǎn)生恐懼的情緒，并在這種情緒的指導(dǎo)下出現(xiàn)手心出汗、臉色蒼白、瞳孔縮小等一系列面部和身體的生理變化，做出遠(yuǎn)高于理性分析的反應(yīng)速度從而得以存活。所以說，情緒機(jī)制是人類經(jīng)歷漫長進(jìn)化過程之后固化的一種本能。
情緒的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)受到三個(gè)因素的影響：遺傳學(xué)、大腦發(fā)育以及后天訓(xùn)練。
當(dāng)一個(gè)人的情緒體驗(yàn)和情緒反應(yīng)出現(xiàn)異常，嚴(yán)重影響正常生活和社會(huì)活動(dòng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)情緒障礙，例如焦慮、抑郁和躁狂癥等。究其原因，可能是遺傳因素在情緒障礙的發(fā)病中導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生易感性，容易受到特定環(huán)境因子的促發(fā)。
當(dāng)情緒壓倒理性時(shí)，我們認(rèn)為“情緒腦”在其中起到關(guān)鍵作用。與情緒有關(guān)的腦區(qū)出現(xiàn)異常發(fā)育、發(fā)育不全或者損壞的條件下，情緒也會(huì)失控。其中腦區(qū)損壞的最著名的例子就是，1848年，鐵路建筑工人Phineas Gage頭部受到嚴(yán)重的貫穿性創(chuàng)傷，損壞了負(fù)責(zé)情緒抑制的前額葉，奇跡生還后，性格大變，情緒非常不穩(wěn)定。
?Phineas Gage受傷的情況
知人知面又知心的阿爾法鷹眼
盡管情緒的調(diào)節(jié)容易受到諸多先天因素（遺傳和發(fā)育）和后天腦部損傷的影響，但在日常生活中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)有一些特殊的人群，例如演員和戰(zhàn)士，接受嚴(yán)苛的訓(xùn)練后，可以近乎完美地控制自身的情緒反應(yīng)。在機(jī)智過人的節(jié)目現(xiàn)場，蛟龍突擊隊(duì)隊(duì)員，正是這樣一群擁有著超常心理素質(zhì)和自控能力的人群。
蛟龍突擊隊(duì)的選拔是個(gè)萬里挑一的過程，每位戰(zhàn)士都必須完成兩個(gè)方面的訓(xùn)練，即惡劣自然環(huán)境的適應(yīng)性訓(xùn)練和肉體承受的極限訓(xùn)練。其中，狙擊手的情況更為特殊，除了精確的射擊技術(shù)，狙擊手們還需長期接受情緒控制方面嚴(yán)格的定型、定力和專注力訓(xùn)練，這些使得他們在面臨重大危機(jī)和傷痛時(shí)，也不會(huì)表現(xiàn)出太大的情緒波動(dòng)。
節(jié)目現(xiàn)場，身經(jīng)百戰(zhàn)的蛟龍突擊隊(duì)前成員們需要在節(jié)目中接受兩輪特殊的檢驗(yàn)。第一局中，班長、觀察兵、狙擊手、機(jī)槍手和醫(yī)療兵等8位戰(zhàn)士需依次帶上耳機(jī)，蒙眼組裝槍械。而第二局，戰(zhàn)士們則要手持親人照片凝視10秒（其中狙擊手的照片與別人不同），在這個(gè)過程中，既不能說話，也不能做任何動(dòng)作。每輪對戰(zhàn)結(jié)束之后，行業(yè)檢驗(yàn)官孟偉和阿爾法鷹眼將進(jìn)行速度的比拼，找出真正的狙擊手。孟偉擁有15年一線刑警心理咨詢經(jīng)驗(yàn)，阿爾法鷹眼號(hào)稱“用鷹的眼鏡直擊壞人的內(nèi)心，讓壞人無處藏身”。是人更能洞察同類，還是人工智能更勝一籌？
?誰才是真正的狙擊手？
孟偉警官主要采取問話的方式，從戰(zhàn)士們的面部微表情、肌肉收縮和語速等多方面進(jìn)行綜合判斷，而“阿爾法鷹眼”則通過攝像頭采集人體面部視頻流，分析頭部和頸部微小肌肉振動(dòng)的頻率和振幅等參數(shù)，甄別出有自體原發(fā)性焦慮緊張狀態(tài)的人員。最終，“阿爾法鷹眼”找到了真正的狙擊手。
人類情緒在機(jī)器下無所遁形
為何特種部隊(duì)完美的偽裝也會(huì)出現(xiàn)破綻？
節(jié)目嘉賓，清華大學(xué)魯白教授解釋道：“情緒的產(chǎn)生過程會(huì)反映在外周器官狀態(tài)變化。比如人受到外界刺激感到恐懼的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)心跳加速或心律不齊、呼吸短促或停頓和血壓升高等情況。這是因?yàn)槿嗽诓煌那榫w狀態(tài)存在特定的自主神經(jīng)活動(dòng)模式。”
情緒的自主神經(jīng)反應(yīng)通常伴隨著交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的活動(dòng)變化，而下丘腦則能整合自主神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)并控制情緒的行為表達(dá)，起到自上而下的調(diào)控作用。通過記錄皮膚導(dǎo)電率、血壓和心電圖以及測試者的主觀感受可以發(fā)現(xiàn)，電刺激下丘腦的不同核團(tuán)，同樣也可以引起部分類似情緒表達(dá)（恐懼和憤怒）的自主反射，例如心跳速度、腸胃的蠕動(dòng)、弓背以及瞳孔放大等現(xiàn)象。
情緒的識(shí)別，除了可以通過皮膚導(dǎo)電率進(jìn)行“量化”之外，還可以通過腦電進(jìn)行記錄。清華大學(xué)心理學(xué)系張丹教授，在Frontiers in Human Neuroscience上發(fā)表的一篇文章，針對10種不同類型的積極情緒的腦電表征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同類別的積極情緒會(huì)誘發(fā)不同的腦活動(dòng)，而且大腦存在不同的機(jī)制支撐積極情緒。
節(jié)目中“阿爾法鷹眼”采取的則是另外一種快速識(shí)別的方法，可以捕捉人眼無法察覺的細(xì)微變化。它的工作原理是通過采集3至5秒的人體臉部視頻流，基于前庭情感反射理論，將細(xì)致到0-1000μm振幅以及頻率為0-10Hz的肌肉振動(dòng)進(jìn)行建模分析，從而達(dá)到情感計(jì)算，是一種建立在人類自體原發(fā)性情感上的度量模型?！鞍柗椦邸钡恼麄€(gè)識(shí)別過程不受表情、人種、年齡和面部遮擋物影響，并且突破局限，覆蓋了傳統(tǒng)人臉識(shí)別技術(shù)不可檢測的盲區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)控技術(shù)從“看人”、“識(shí)面”發(fā)展到“知心”的新水平。
?“阿爾法鷹眼”進(jìn)行情緒識(shí)別的應(yīng)用過程
生物識(shí)別技術(shù)的新突破和運(yùn)用
在科技發(fā)展日新月異的今天，人臉識(shí)別技術(shù)已逐漸滲透到日常生活的方方面面。從傳統(tǒng)的攝像機(jī)、溫度檢測器和超聲波檢查等方式獲取數(shù)據(jù)，到如今的指紋支付、虹膜和聲紋識(shí)別以及步態(tài)分析等，生物識(shí)別技術(shù)不斷取得重大突破和進(jìn)展。盡管如此，現(xiàn)有的人工智能識(shí)別技術(shù)處于IQ階段，學(xué)習(xí)過程就是建立大量數(shù)據(jù)庫，讓人工智能與大數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而得到結(jié)果。以“阿爾法鷹眼”為代表的生物識(shí)別3.0技術(shù)則規(guī)避了上述弊端，只需通過一個(gè)超過30萬像素的攝像頭和一個(gè)服務(wù)器即可實(shí)時(shí)監(jiān)測因?yàn)榫o張、焦慮和壓力導(dǎo)致的情緒波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非接觸式的人類情感計(jì)算，讓人工智能擁有“讀心術(shù)”，是互聯(lián)網(wǎng)視覺神經(jīng)系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的情緒分區(qū)的完美結(jié)合。
未來幾年，隨著情感計(jì)算和情緒表現(xiàn)的深入研究，以及云端的AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，完整的情緒識(shí)別技術(shù)和完整的危險(xiǎn)人群預(yù)警與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)有望形成。此外，對情緒和認(rèn)知的研究還可以建立基于情商（EQ）的大數(shù)據(jù)，同更多的場景結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更廣闊的應(yīng)用，拓展到疾病篩查、教育、交通和金融風(fēng)控等領(lǐng)域。
