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Cell:研究解密面孔在大腦中的編碼

時間:2017/6/5閱讀:1429
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當(dāng)你看人面照片時,大腦會立刻識別出照片上的人是誰,或你之前是否見過。近年來,神經(jīng)學(xué)家一直試圖弄清大腦是如何識別和感知人臉的。近日,刊登于《細(xì)胞》期刊上的研究顯示,科學(xué)家已經(jīng)了解靈長類動物大腦中的人臉識別編碼系統(tǒng)。

 

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

 

在更早的研究中,Tsao團(tuán)隊使用功能性核子共振成像技術(shù)識別了人類和其他靈長類動物大腦中負(fù)責(zé)識別面孔的區(qū)域。他們將這6個位于下顳皮層的區(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),每個面部識別細(xì)胞代表了一個多維空間內(nèi)的特定軸線。研究人員將這個空間稱為面部空間。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)每個可能的面部。

 

研究人員表示,一張人臉如果可以分解成50個維度。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維與形狀無關(guān),主要代表外貌特征,例如膚色和紋理。

 

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

 

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

 

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

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