博雯 豐色 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

見到某張熟悉的臉，腦中先是響起了“我好像在哪見過你”的旋律。

下一秒，大腦就把與這張臉有關(guān)的各種記憶和感情都塞了過來。

能將人臉視覺信息與相關(guān)的記憶和情感關(guān)聯(lián)起來，這肯定是某種神秘的腦細胞干的。

聽上去像是句眾所周知的廢話。

但實際上，全世界的神經(jīng)科學(xué)家們從上世紀(jì)60年代開始找，找了半個多世紀(jì)，都沒能發(fā)現(xiàn)這種“人臉記憶細胞”的蹤跡。

今天，終于有一群研究者們拿出了正確答案。

他們找到的，并不是某一種腦細胞。

而是大腦某片特定區(qū)域中的所有細胞！

△該項研究已登上Science

從「祖母細胞」開始的探索

神經(jīng)科學(xué)家們60多年的探索，開始于1968年的祖母細胞假說。

這一學(xué)說認為，當(dāng)你看到、聽到、或想到你的祖母的臉時，大腦某處的一個神經(jīng)元就會“?！钡囊宦暳疗饋怼?/p>

也就是說，你所熟悉的每一張臉，在大腦中都有一個對應(yīng)的“專屬神經(jīng)元”。

只要通過這一神經(jīng)元，人臉的視覺信息就能轉(zhuǎn)化成對人臉身份識別，以及與之相關(guān)的記憶和感情。

但這種一對一的人臉記憶模式能編碼的信息顯然是有限的，這并不符合實際。

更何況祖母細胞自提出以來就一直在找，但一直沒找到……

后來還有一些類似的假說細胞，但也只停留在“假說”階段而已（因為都沒找到）。

而對這些假說細胞的尋找，主要就集中在大腦的顳（niè）極（Temporal Pole）區(qū)：

這是大腦中一個負責(zé)長期記憶、語言理解和情感聯(lián)想的區(qū)域。

雖然在這里并沒有找到所謂的“人臉記憶細胞”，但隨著不斷的搜尋，科學(xué)家們還是發(fā)現(xiàn)了越來越多與人臉識別/記憶關(guān)聯(lián)緊密的子區(qū)域。

于是，神經(jīng)科學(xué)家Freiwald和他的同事們重新將目光投向了顳極。

并重點選擇了TP和AM兩個子區(qū)域進行實驗：

和前人一樣，F(xiàn)reiwald團隊并沒有發(fā)現(xiàn)某一個吞入人臉信息就能吐出記憶與情感的神奇細胞。

但他們發(fā)現(xiàn)了一群。

只要看到祖母，就會有一大群神經(jīng)元不斷點亮。

這里有一片「祖母臉區(qū)」！

恒河猴，你怎么看？

所以是怎么實驗的？

研究人員決定讓兩只恒河猴來看一看。

△恒河猴右半腦圖像

看什么呢？

包括人臉、猴臉、身體、物體、灰色背景五類圖像在內(nèi)的205張圖像集。

而每一類中還分別包含了猴子熟悉和不熟悉的圖片。

研究人員想知道，大腦中這兩個區(qū)域?qū)?strong>臉部信息，尤其是對熟悉臉部信息的視覺反應(yīng)性如何。

通過功能性磁共振成像（FMRI），可以看到TP區(qū)細胞只對熟悉猴臉產(chǎn)生視覺反應(yīng)：

而在同時面對人臉和猴臉時，比起AM區(qū)，TP區(qū)域細胞還會對熟悉猴臉展現(xiàn)出更強的視覺選擇偏向性：

看起來，這個TP區(qū)域確實與人臉視覺存在著某種關(guān)系。

但人類對面部的識別或記憶，常常面臨著更加復(fù)雜的情況。

假如我今天碰到了熟悉的基友和陌生的鄰居，明天又碰到了熟悉的男（女）神和陌生的前任呢？

只有面對新數(shù)據(jù)集也能重新響應(yīng)的細胞才是真正的“人臉記憶細胞”！

于是，研究人員為猴兒們更換了一組同時包含熟悉與陌生圖片的新數(shù)據(jù)集。

結(jié)果是，即使讓兩個區(qū)域中的細胞都從一個特定的可見度閾值開始重新響應(yīng)，它們也都發(fā)生了視覺反應(yīng)：

并且，在將細胞突發(fā)反應(yīng)擬合為一個函數(shù)后，兩個區(qū)域的函數(shù)還存在差異：

雖然都對熟悉面孔和不熟悉的面孔作出了非線性的視覺反應(yīng)，但TP區(qū)域中對熟悉面孔的非線性反應(yīng)更高。

好，社交圈龐大的現(xiàn)充情況考慮完了。

還有五米之外人畜不分的廣大近視人群呢？

高斯模糊，走你！

而面對經(jīng)過模糊處理的圖像，AM區(qū)域細胞根本就沒有發(fā)生視覺反應(yīng)。

只有TP區(qū)域的細胞對熟悉面孔產(chǎn)生了非線性的視覺反應(yīng)：

最后，再來試試從部分特征識別和記憶人臉的能力。

畢竟對人類來說，如果是非常熟悉的人，就算只看臉型或部分五官也能認得出來。

因此，研究人員將完整的面部分割成不同的特征：比如包含臉部輪廓的外部臉、僅包含內(nèi)部特征、其他五官。

而在這種情況下，TP區(qū)域細胞依舊表現(xiàn)出了非常強的視覺反應(yīng)：

通過上面這些實驗，可以看到TP區(qū)域中的細胞整體呈現(xiàn)出三個特點：

對熟悉的臉表現(xiàn)出視覺反應(yīng)

對熟練的臉進行分類和單獨編碼

擁有人臉識別的關(guān)鍵功能

那么AM區(qū)域就沒用了？

不。

Freiwald團隊認為AM區(qū)域可能會通過短延遲細胞群集向TP區(qū)域提供面部識別信息。

即負責(zé)“初見”。

而對于“再見”，即我們所說的“熟悉感”的由來，就要由TP區(qū)域來對熟悉臉部產(chǎn)生視覺反應(yīng)，并存儲臉部信息的長期語義了。

所以，研究人員認為TP和AM兩個區(qū)域在功能和結(jié)構(gòu)上或許是平行運行，且互相協(xié)作的。

簡單來說，就是接收到臉部視覺信息的輸入后，兩個區(qū)域中的無數(shù)神經(jīng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)就開始互相作用。

而由于顳極傳遞并處理臉部信息的速度驚人，所以可能只是一瞬間，就產(chǎn)生了輸出：

即輸入臉部信息所對應(yīng)的身份ID、相關(guān)的記憶視頻、抽象的情緒感覺。

就像我們看到一個人，就能瞬間辨認他的身份，并想起與他相關(guān)記憶和感情一樣。

現(xiàn)在知道什么叫做真正的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)了吧。

有什么用？

首先，臉盲患者可能有救了。

論文作者Freiwald表示：

臉盲可能導(dǎo)致患者的神經(jīng)衰弱，因為在最糟糕的情況下，他們甚至認不出近親。一些臉盲癥患者會同時患有抑郁癥。而我們的這一發(fā)現(xiàn)或許對治療臉盲癥具有臨床意義。

而且，如果熟悉的同種臉部記憶被儲存在顳極的一個小區(qū)域里，那么附近很可能還存在其他具有類似特異性的模塊。

更復(fù)雜的知識系統(tǒng)，例如個人與他們的社會關(guān)系，就有可能建立在這些模塊上。

這樣，對于顳極受損之后導(dǎo)致的失認癥（如失語、失讀、失聽），這項研究或許提供了一條研究思路。

團隊介紹

此項研究的四位作者全部來自美國洛克菲勒大學(xué)。

這是一所世界頂尖的生物醫(yī)學(xué)教育研究中心，也是世界上人均諾貝爾獎獲得者數(shù)最多的研究機構(gòu)（只招收博士生）。

通訊作者Winrich A. Freiwald，同時也是該校神經(jīng)系統(tǒng)實驗室的教授。

他還曾在麻省理工學(xué)院、麻省總醫(yī)院、哈佛醫(yī)學(xué)院等研究院從事博士后研究。

Sofia M. Landi，同樣也是華盛頓大學(xué)博士后機構(gòu)的研究人員，致力于研究人腦的記憶機制。

Pooja Viswanathan，該校神經(jīng)系統(tǒng)實驗室的博士后研究員。

最后一位研究員Stephen Serene，是該校的學(xué)生。

論文地址：
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/06/30/science.abi6671

參考鏈接：
[1]https://medicalxpress.com/news/2021-07-scientists-class-memory-cells-brain.html
[2]https://www.dw.com/en/dont-i-know-you-new-memory-cells-found-in-brain/a-58125742