大腦識別人臉的功能十分強大。它只需花幾千毫秒就能認出一個人，形成屬於這張人臉的專屬記憶，並將這個形象在腦海中存儲長達幾十年的時間。
長久以來，這樣的功能就令科學家們著迷。近日，加州理工大學生物科學家Doris Tsao教授領導的團隊終於發現，大腦中僅由205個神經元組成的人臉識別編碼系統就實現複雜的識別過程。
Doris Tsao教授和Le Chang合著，於6月1日發表在世界級科學學術期刊《細胞》上的論文說，研究人員用獼猴做實驗（獼猴和人類大腦在識人功能上相似），發現特定的腦細胞（face cells）在識別對象臉部的特徵時，會有明確分工。他們還發現，大腦皮層中的單個視覺神經細胞無法識別整張臉，但神經元能蒐集這些細胞識別的一些元素，像拼圖一樣拼出一張臉。
研究人員首先將人臉及其它物體的圖像，如身體不同部位、水果等圖案隨機展示給獼猴。利用功能核磁共振成像（fMRI），他們就能發現獼猴看到“臉”時，腦中哪部分區域會被激活，以此確定獼猴腦中臉細胞的確切位置。
之後，通過分析一組200張經計算機調整後的真人照片，計算機給出了50個可以描述人臉間差別的變量。在該實驗中，研究人員將電極植入兩隻獼猴的大腦，讓獼猴觀看與這些變量有關的有各種差異的人臉圖片，監控獼猴大腦中205個臉部識別神經元對這50個變量的不同反應。研究人員對得到的上百萬種反饋進行解碼，得到了每種反饋代表的具體含義。
50個變量就可以識別一張臉。圖片來源/ncnetwork.co
論文的合作者之一，現任加州理工大學生物學系教授的Doris Tsao說，“每個神經元都對臉部不同特徵編碼，這個過程的原理其實挺簡單的。”
實驗中，他們根據每個神經元對各種臉部特徵的反應信號強弱，解碼獼猴大腦神經細胞的信號，嘗試重現獼猴看見的面孔。當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到了80%，也就是說，他們高度還原出了獼猴看到的人臉圖像。
左列為原始圖像。右列為還原圖像。圖片來源/newyorktimes。
有趣的是，每個神經元都有自己的擅長辨認的人臉特徵，它們各司其職，互不干擾。Doris Tsao教授的團隊印證了這一假想：當獼猴看見兩張髮際線不同的照片，它們視覺皮層中關心眼睛大小的神經元不會產生變化。
該發現是Doris Tsao教授及其團隊15年實驗研究的結晶。它證明了人腦是一臺高效的“人臉分析儀”，徹底否認了此前大腦識人是一種“黑箱操作”的迷思，推翻了大腦是“人臉識別機”的假說。
霍普金斯大學神經科學系的Ed Corner教授評論，這個發現的未來應用前景廣闊。比如，科學家們可以通過監測大腦的活動重建視覺，視障群體即便視力為零，也能通過刺激腦中臉細胞，來“看”到人。
Doris Tsao教授接受採訪時也說，希望自己的新發現能夠恢復神經科學界的樂觀情緒。
這一成果不僅對神經編碼研究意義重大，還能多方面應用於人工智能領域，如通過分析犯罪現場目擊者的腦活動得出更準確的嫌疑人的圖像。
（本文首發鈦媒體，綜合自外網）
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