Пространственно-временная динамика и субстаты лежат в основе эмоционального сигнала в движениях лица

Почему важно движение лица

Повседневная жизнь полна быстрых взглядов, поднятых бровей и полусмеющихся улыбок, которые управляют нашими социальными взаимодействиями. Тем не менее большинство исследований рассматривали выражения лица как статичные снимки. Это исследование задаёт более реалистичный вопрос: как динамика лица во времени несёт эмоциональный смысл, как когда мы молчим, так и когда говорим?

Несколько основных шаблонов движений

Исследователи записали лица 43 добровольцев, когда те выражали радость, печаль и гнев двумя способами: с беззвучными выражениями и при произнесении нейтрального предложения в эмоциональном тоне. С помощью автоматического анализа лица они отслеживали, как группы мышц вокруг глаз, щёк и рта меняются в ходе сотен крошечных временных шагов. Затем они применили математические методы, чтобы сжать это богатое движение в меньший набор базовых шаблонов, которые повторялись у разных людей и при разных эмоциях.

Верхняя часть лица, нижняя часть и смешанные сигналы

В случае беззвучных выражений динамику лица можно было объяснить всего тремя основными компонентами: одна была доминирующей в движениях верхней части лица, другая — в нижней части, и третья связывала движения верхней и нижней частей. Разные эмоции возникали из различных сочетаний этих компонентов во времени. Гнев включал сильные, скоординированные изменения и в верхней, и в нижней зонах. Радость опиралась в основном на действия нижней части лица, такие как улыбка. Печаль проявлялась как более умеренные сдвиги во всех трёх шаблонах. Когда команда обучила компьютерный классификатор на этих динамических сигнатурах, он с высокой точностью мог определить эмоцию только по движению.

Наложение эмоции на речь

Когда люди говорили, выражая эмоцию, та же базовая идея сохранялась, но шаблоны смешивались иначе. Три компонента теперь как правило сочетали движения рта, необходимые для речи, с изменениями бровей и глаз, которые сигнализируют о чувстве. Классификатор по-прежнему работал хорошо, хотя и не так идеально, как для беззвучных выражений, отражая дополнительную сложность совмещения речи и эмоциональной демонстрации. Это указывает на то, что наше лицо повторно использует небольшой набор строительных блоков движения, гибко перестраивая их для одновременного удовлетворения вербальных и эмоциональных задач.

Скрытые мини-фазы внутри каждого выражения

Затем команда более детально рассмотрела, как выражения разворачиваются покадрово. Сгруппировав данные о движении, они обнаружили три повторяющихся «субстата», которые встречаются во всех выражениях: периоды расслабления с минимальным движением, быстрые переходные периоды при вхождении в выражение или выходе из него, и периоды удержания, когда выражение фиксируется. Эти мини-фазы различались по скорости и сложности в зависимости от эмоции и от того, говорил ли человек. Например, переходы были особенно быстрыми и характерными для радостных выражений, а общая последовательность субстатов была более структурированной в беззвучных выражениях, чем во время речи.

Соответствие человеческому восприятию

Чтобы проверить, важны ли эти низкоразмерные шаблоны для наблюдателя, исследователи создали упрощённые анимации, показывающие только движущиеся точки на лице, убрав все остальные сигналы. Сорок пять новых добровольцев посмотрели эти анимации и оценили, какую эмоцию они видят. Выбор людей тесно совпал с предсказаниями модели, и тот же небольшой набор движущихся шаблонов оказался достаточен, чтобы предсказать назначенные людьми эмоциональные ярлыки с точностью значительно выше случайной. Это указывает на то, что и отправители, и получатели опираются на компактный набор динамики лица при передаче и считывании эмоциональных сигналов.

Что это значит для повседневного взаимодействия

В целом исследование показывает, что несмотря на кажущуюся многогранность поведения нашего лица, эмоциональная сигнализация опирается всего на несколько основных шаблонов движения и на несколько кратких фаз, когда выражения возникают, удерживаются и угасают. Эта упрощённая структура может помочь мозгу эффективно контролировать множество лицевых мышц, одновременно передавая чёткие чувства, даже в ходе разговора. Результаты дают основу для моделирования естественных эмоциональных выражений в таких областях, как социальная робототехника, и могут помочь объяснить, почему при некоторых клинических состояниях наблюдаются тонкие, но важные различия в лицевой коммуникации.

Цитирование: Cuve, H.C.J., Sowden-Carvalho, S. & Cook, J.L. Spatiotemporal dynamics and substates underlie emotional signalling in facial movements. Sci Rep 16, 15686 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46726-0

Ключевые слова: мимика, распознавание эмоций, динамика движений лица, невербальная коммуникация, эмоциональная речь