大腦如何認臉？

原文以Neuroscientists rethink how the brain recognizes faces為標題

發布在2017年6月1日的《自然》新聞上

原文作者：Sarah McQuate

猴子的腦細胞對特定的面部特徵組合，而非對整張臉做出反應。

人類不用多加思索，就能從人群中辨認出一張熟悉的面孔。但是，大腦究竟是如何做到這一點的，研究人員多年來一直百思不得其解。現在，一項研究表明恆河猴依靠數百個神經元的協調工作來識別面孔，這些神經元會關注特定的面部特徵組合。

該研究發現發表在了6月1日的《細胞》期刊上，終於澄清了一個眾說紛紜但卻無令人滿意之解釋的問題。

猴子之所以可以識別面孔，是因為它們擁有一系列能夠辨認特定面部特徵的神經元。

Solvin Zanki/naturepl.com

「最想當然的觀點是單個細胞對單個個體做出專門響應，」美國國立精神衛生研究所的神經科學家David Leopold說。但是，其它理論認為神經元組通過協同工作來識別面孔。

最新研究結果顯示，每一個與面部識別相關的神經元——面孔細胞——關注的是特定的面部特徵組合。「我們已經破解密碼了，」該研究的共同作者、加州理工學院的系統神經科學家Doris Tsao說。

向前飛躍

一開始，Tsao和加州理工學院的另一位神經科學家Le Chang通過研究兩隻恆河猴（Macaca mulatta）的大腦，以確定其面孔細胞的位置。他們向這些猴子展示人臉或其它物體的圖片，包括身體、水果和無序的圖案。然後，他們使用功能性磁共振成像技術，觀察猴子在看到人臉時哪個腦區會亮起來。

研究團隊以這些熱點區域為重點，觀察面孔細胞的行為。Tsao和Chang向猴子展示2000張特徵不一的人臉，其面部差別包括眼距或髮際線形狀的不同。然後，他們將電極植入猴子的大腦，對比單個神經元對面部差異的響應。

Tsao和Chang總共記錄了兩隻猴子205個神經元的響應信息。每一個神經元會對某些面部參數的特定組合做出響應。

「他們建立的模型解釋了計算機屏幕上的一張圖片是如何觸發視皮質中神經元的響應的整個過程，」華盛頓大學的視覺神經生理學家Greg Horwitz說。「這是一次巨大的進步，」他說，因為該模型繪製出每一個細胞對所有可能的面部特徵組合的響應，而不僅僅是對單個特徵的響應。

偏好響應

Tsao和Chang想知道在面孔細胞識別出的特定特徵組合中，不同的神經元是否會對不同的特徵有偏好響應。為了驗證這個想法，他們假設每個神經元會對其偏好的面部特徵做出反應，重構猴子之前看到的面孔。根據信號強度，神經科學家們幾乎完美地重構了這些真實面孔。

當猴子看到的面孔所存在的差異是神經元並不關注的特徵時，單個面孔細胞的響應保持不變。

換言之，「神經元不是面孔探測器，而是面孔分析儀，」Leopold說。大腦「能夠意識到讓人區別甲某和乙某的關鍵維度的存在。」

Tsao說，人腦可能使用該密碼來識別或成像具體面孔。但是，科學家們仍不確定一切是如何關聯起來的。

不過，有一點神經科學家們很清楚。「如果有人還這樣想：『我們知道面孔是如何被識別的，因為有一小部分面孔細胞在看到正確的面孔時會做出積極響應』，那麼我認為這種想法應該逐漸淡化，因為它是不對的，」Leopold說。「本研究提供了另一種更加現實的解釋來說明大腦是如何分析個體的。」

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