Cell:研究解密面孔在大腦中的編碼

當(dāng)你看人面照片時(shí)，大腦會(huì)立刻識(shí)別出照片上的人是誰(shuí)，或你之前是否見(jiàn)過(guò)。近年來(lái)，神經(jīng)學(xué)家一直試圖弄清大腦是如何識(shí)別和感知人臉的。近日，刊登于《細(xì)胞》期刊上的研究顯示，科學(xué)家已經(jīng)了解靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦中的人臉識(shí)別編碼系統(tǒng)。

“我們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)編碼系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單。”美國(guó)加州理工學(xué)院生物工程教授Doris Tsao說(shuō)，“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一只猴子看到一張面孔時(shí)，其大腦中僅有205個(gè)神經(jīng)元參與了相關(guān)編碼過(guò)程。”

在更早的研究中，Tsao團(tuán)隊(duì)使用功能性核子共振成像技術(shù)識(shí)別了人類和其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦中負(fù)責(zé)識(shí)別面孔的區(qū)域。他們將這6個(gè)位于下顳皮層的區(qū)域稱為面孔補(bǔ)丁。進(jìn)一步研究顯示，這些區(qū)域塞滿了特殊的神經(jīng)細(xì)胞。

在新研究中，Tsao及其博士后研究員Steven Le Chang發(fā)現(xiàn)，每個(gè)面部識(shí)別細(xì)胞代表了一個(gè)多維空間內(nèi)的特定軸線。研究人員將這個(gè)空間稱為面部空間。與紅藍(lán)綠光以不同的方式相結(jié)合能產(chǎn)生不同的顏色類似，這些軸線以不同方式組合在一起能出現(xiàn)每個(gè)可能的面部。

研究人員表示，一張人臉如果可以分解成50個(gè)維度。那么25維與形狀有關(guān)，例如眼睛之間的距離或發(fā)際線的寬度，而另外25維與形狀無(wú)關(guān)，主要代表外貌特征，例如膚色和紋理。

Tsao團(tuán)隊(duì)將電極插入獼猴大腦中，記錄了面孔補(bǔ)丁區(qū)的面部識(shí)別細(xì)胞的信號(hào)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)面孔被投攝入50維面部空間內(nèi)的單個(gè)軸線時(shí)，每個(gè)細(xì)胞被成比例激發(fā)。

于是，研究人員研發(fā)出一種算法，以解碼面部識(shí)別的神經(jīng)響應(yīng)。結(jié)果顯示，獼猴的2個(gè)面部補(bǔ)丁區(qū)的細(xì)胞就足以重建面部—— 一個(gè)區(qū)域有106個(gè)細(xì)胞，一個(gè)有99個(gè)。

據(jù)介紹，該成果不僅對(duì)神經(jīng)編碼研究意義重大，還能應(yīng)用于人工智能領(lǐng)域。