分清王珞丹白百何？加州理工找到大腦認(rèn)臉“密碼”

生活中，我們認(rèn)出白百何不是王珞丹，只是電光石火的一瞬間，但這一瞬間大腦經(jīng)歷的過程卻讓神經(jīng)科學(xué)家們困惑不已。2005年，美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的研究人員找到了一個“安妮斯頓細(xì)胞”。他們向被試者們展示許多照片，當(dāng)這位飾演過《老友記》中“瑞秋”一角的著名女演員出現(xiàn)時，許多被試者大腦中都有一個相同的神經(jīng)元被激活了。受此實驗啟發(fā)，其他研究人員還找到了“茱莉婭·羅伯茨細(xì)胞”、“科比細(xì)胞”等。

因此，多年以來學(xué)界都懷疑，大腦中負(fù)責(zé)人臉識別的神經(jīng)元是被人臉 “定制”的。這些專屬的神經(jīng)元會被一張?zhí)囟ǖ娜四樋焖偌せ睿矔黄渌嗨频娜四樇せ?，但對差的比較遠(yuǎn)的人臉就沒啥反應(yīng)了。

近日，加州理工學(xué)院的一項研究推翻了這一假設(shè)。神經(jīng)科學(xué)家Doris Tsao和Le Chang發(fā)現(xiàn)，大腦皮層中的單個視覺神經(jīng)細(xì)胞并不識別整張臉，而是識別一些元素，一系列神經(jīng)元就像拼圖一樣拼出了整張臉。他們通過解碼猴子大腦神經(jīng)細(xì)胞的信號，高度還原出了猴子看到的人臉圖像。相關(guān)論文發(fā)表在6月1日的學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。

此前，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)了大腦皮層中存在一系列專職識別人臉的神經(jīng)元。而曹的團(tuán)隊在幾年前開始研究這些神經(jīng)元的“拼圖”過程。他們假設(shè)大腦是靠眼睛大小、嘴巴長度等臉部特征“拼”出人類的，并測試這些“密碼”是否能激活臉部識別神經(jīng)元。但實驗結(jié)果都是“密碼不正確”。

最終，Tsao放棄了這些人類自己能想到的比較具體的元素，改由計算機(jī)找出人臉識別的密碼。通過分析一組200張經(jīng)計算機(jī)調(diào)整后的真人照片，計算機(jī)給出了50個可以描述人臉間差別的數(shù)學(xué)維度。這些參數(shù)并不是在簡單描述具體的某個臉部器官，其中一半與形狀有關(guān)，比如兩眼間距或發(fā)際線寬度，另一半涉及膚色、皮質(zhì)等要素。

通過50個參數(shù)就能描繪任意兩張人臉之間的差異

隨后，研究人員將電極植入兩只獼猴的大腦，讓獼猴觀看圍繞這50個維度有所差異的人類臉部照片，監(jiān)控獼猴大腦中205個臉部識別神經(jīng)元對這50個維度的不同反應(yīng)。研究人員對得到的上百萬種反饋進(jìn)行解碼，得到了每種反饋代表的具體含義。

“我們破解了人臉識別的大腦密碼”，Tsao說道。這些各有分工的神經(jīng)元從不同的角度分析人臉，形成的信息匯集到一起，就拼出了一張完整的人臉，這個過程有點類似警察根據(jù)目擊證人的描述一點一點繪出犯罪嫌疑人的長相。

在此基礎(chǔ)上，他們通過解碼猴子大腦神經(jīng)細(xì)胞的信號，高度還原出了猴子看到的人臉圖像。當(dāng)研究人員把原始圖片混在40張圖片中，讓被試者找出與還原出來的圖像最匹配的一張，被試者指向原始圖片的概率達(dá)到了80%。

猴子看到的人臉（左）與通過猴子大腦信號復(fù)原出的人臉（右）

此外，研究人員還通過實驗證明，這些神經(jīng)元會被它們預(yù)設(shè)的那些維度所激活，卻對其他維度的變化毫無反應(yīng)。也就是說，如果給獼猴看兩張看起來差異非常大的人臉，而這兩張人臉恰好在神經(jīng)元所預(yù)設(shè)的維度上比較相似，那這些神經(jīng)元的反應(yīng)是相同的。Tsao通過一個比喻來解釋這種現(xiàn)象：如果某個細(xì)胞會被紅色激活，那它對橙色和紫色的反應(yīng)會是相同的。

這是人類首次用完整又簡潔的敘事描述了靈長類大腦識別人臉的過程。接下來，Tsao的團(tuán)隊將轉(zhuǎn)而研究大腦的顳葉部分，驗證大腦是否用相似的“密碼”編碼了日常物體和日常場景。