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  人类在进化的过程中，大脑形成了可以快速识别并记住不同人脸的能力。婴儿时期，人学会的第一件事就是分辨周围不同的人脸、眼睛接触和反应、模仿表情等，这也奠定了我们成年后快速识别面部的能力，比如说，即使在拥挤的餐厅中或者大街上，我们可以从中快速辨识出我们的朋友。不仅如此，我们还可以通过面部识别感知别人的情绪，是兴奋还是生气，是高兴还是悲伤。

  刘沐芸 编译

  面部识别区域，蓝莓般大小

  这种看起来容易的面部识别功能其实是由人脑复杂的认知系统支持的。通过脑成像研究表明，人脑在进化过程中，在太阳穴下方颞叶区形成了几个专注于面部识别的区域，分别如蓝莓般大小。

  神经科学家称这些区域为“面部破解补丁”。但目前尚未有研究能解释这些破解补丁中的细胞是如何工作的。现在，加州理工学院的生物学家Doris Tsao和她的同事利用脑成像技术和单神经元记录结合的方法，在恒河猴的研究中破解面部识别的神经编码。研究人员发现，每个面部细胞会对不同的面部特征作出应答。就像拨号器一样，细胞会根据不同的面部特征生成一组信息，然后转录为对应的面部影像。“这一发现真令人兴奋。”Tsao说，“每个拨号的价值都是可预见的，于是我们可以画出恒河猴看到面部，这只需要简单地追踪恒河猴面部识别细胞的电冲动就能做到。”

  “破解补丁”可以对面部特征编码

  Tsao还是哈佛医学院的博士后时，就和电生理学家Winrich Freiwald合作获得了猴子观看不同物体和人脸幻灯片时的颅内记录，每次屏幕上出现人脸的时候，位于面部破解补丁中间区域的神经元就会放电。

  在观察人的海马区时，神经科学家Rodrigo Quian Quiroga发现，女明星Jennifer Aniston的照片能引发人脑海马区单一神经元的应答。但披头士成员中人物的照片激活的确是不同的神经元。当时占优势的理论认为，面部破解补丁中每个神经元会对特定的人敏感。但Tsao最新的研究提示，当时占优势的理论可能并不正确，面部破解补丁中神经元并不能对特定的人进行编码，而只是对一些面部特征进行编码。这完全改变了我们过去对面部识别的理解。

  只需很少细胞，就能辨识海量的人

  为了破译单个细胞如何实现面部识别，Tsao和她的博士后Steven Le Chang在一组人脸周围画出平面标点，从50种不同参数中计算差异。然后利用这些信息造出2000个不同的人脸影像，不同形状和外观，包括脸的圆度、两眼的距离、皮肤颜色和纹理。

  接下来，研究人员将这些影像给实验用的猴子观看，并记录大脑三个不同的面部破解补丁中单个神经元的电活动。发现每个神经元对应的是单一特征轴。尽管看到的是不同的人脸，对发际线宽度敏感的神经元会产生不同的应答。但如果看到的脸是同样发际线和不同大小的鼻子时，对发际线敏感的神经元就保持沉默。这一发现解释了一直有争议的理论——为什么单个神经元可以识别不同的人？

  更令人惊讶的是，通过算法她们只需要读出一小部分神经元的信息就可以准确地再造出猴子正观看的人脸图片。只需要205个细胞的放电记录（一个补丁中106个细胞和另一个补丁中99个细胞）就够了。这种基于特征的神经编码高效又简单。这也可以解释：为什么灵长类动物擅长面部识别？也能解释：为什么我们人类不需要大量的人脸识别细胞就能辨识成千上万的人？

  该研究发表于2017年7月1号的细胞杂志，全面系统地证明了大脑如何进行人脸识别的。该研究也为进一步深入研究提供了方向。理解大脑中的面部编码能帮助科学家进一步探明，人脸细胞是如何进行其他特征识别的，如性别、种族、情绪特性以及相似人脸的姓名等。或许还能找到其他解码模型，如：大脑如何处理其他非面部形状的信息？

  这些谜团不仅仅和人脸识别有关，希望这些神经编码的研究发现会对理解其他物体识别的原理有帮助。