Face ID之王竟是我自己？科学家发现大脑中参与人脸识别与记忆的关键细胞群

《碟中谍》系列电影中，除了身手矫健的主角团，最抢眼的莫过于里面那些酷炫的高科技产品了。还记得这位特工使用的具有人脸识别和比对功能的隐形眼镜吗？戴上这副隐形眼镜后，三秒之内他就可以在茫茫人海中精准识别到目标人物，靠的正是这副眼镜自带的摄像头和与其连接的人脸数据库。

图片来源：网络

其实，我们的双眼和大脑每天都在履行同样的职责——前者类似隐形眼镜中的摄像头，而后者则是我们自带的数据库。然而，我们的双眼捕捉到的人脸信息又是如何与大脑中的数据库比对起来的？我们的视觉与记忆是如何交汇的？为什么我们总能在人群中快速认出自己熟悉的脸？

早在上世纪六十年代，波兰的神经科学家Jerzy Konorski就提出过一个名为“grandmother neuron（祖母神经元）”的概念。理论上来说，这类神经元可以“一对一”储存关于特定人物的记忆。例如，“祖母神经元”可以用来记忆一个人的祖母，而“父亲神经元”则对应他的父亲。这种大胆的假设如今听来有些好笑，却给后续的研究提供了重要的思路。后来，科学家发现，“祖母神经元”的功能并非通过单一细胞实现，而是可能被更细致地划分给了不同的细胞群。人们陆续报道了可以处理面部信息的感觉神经元（sensory neurons）和用来储存记忆的神经元（memory cells）,但用来连接两者的细胞，一直未被发现。

近日，发表在《科学》杂志上的一项新的研究揭开了谜底。在大脑的颞极区有一类神经元将脸部感知与长期记忆联系起来。这不完全是传说中的祖母神经元--它不是一个单一的细胞，而是一个集体记住祖母面孔的细胞群。这一发现首次解释了我们的大脑如何灌输我们所珍视的人的面孔。

https://science.sciencemag.org

在这项研究中，研究人员首次发现，在猕猴大脑的颞极区域，有一群神经元，可以将猕猴看到的面部信息与它们的记忆关联起来，让它们轻松认出自己的老朋友。

他们向两只猕猴展示了205张图像，其中包括猕猴们熟悉（亲密接触过）或陌生（未亲密接触，仅通过屏幕展示）的人脸、猴脸、身体和其他物体等等。同时，他们使用功能性磁共振成像（fMRI）技术对两只猕猴的脑部颞极区域进行扫描分析，发现猕猴颞极区域的部分神经元会被他们熟悉的图像选择性激活（如下图所示），而这种现象在猕猴面对熟悉的猴子图像时更为明显。有趣的是，即便猕猴已经通过屏幕多次观看过那些“陌生猴”的图像，他们的颞极区域神经元对这些图像的反应强度，也仅为对熟悉的猴子图像的三分之一。这意味着即便是同一张脸、同一个人，在生理层面上，面对面的亲身接触与隔着屏幕谈笑风生也可能是两种不同程度的“熟悉”

TP区域的神经元具有高度的选择性

此外，为了更细致地研究这些颞极区域神经元对面部不同器官和部位的反应程度，研究人员将猕猴们熟悉的猴脸图片分割成了inner face（内脸）和outer face（外脸），其中内脸又被细分为眼睛、鼻子和嘴巴（如下图所示）。

研究发现，猕猴的颞极区域神经元对熟悉的全脸和内脸的应答程度相似，而几乎不会被单独的外脸激活，也不会被单独的器官激活。这说明这类细胞对脸部信息的识别和处理集中在内脸上，并且对五官的整体分布有一定要求，而并非通过某个单一五官实现。

TP神经元编码身份信息，模拟面部识别的心理物理学

虽然这类颞极区域神经元对熟悉个体的脸部具有选择性应答，但不排除他们可以对熟悉个体的身体也产生应答的可能性。但是，当研究人员将脸与身体分开或合并给猕猴展示时，猕猴的颞极区域神经元对熟悉个体全身照和对脸部照片的选择性应答程度相当，而对单独的身体照片无显著反应，由此说明相较于身体其他部位，此类神经元仅对于面部信息的应答具有高度选择性。

这项研究没有明确证明这些颞极区域神经元与感觉神经元和记忆细胞的直接联系，但这个突破性发现意味着研究人员可以很快进行下一步工作——研究这类神经元是如何记录每一张熟悉的脸，以及他们与大脑中的其他细胞是如何互相关联的。如果这一类研究能发展至人脑中，它将帮助那些患有脸盲症（prosopagnosia，没错，严重的脸盲其实是一种病，患者甚至可能认不出自己的亲人）的病人走出疾病和并发抑郁症的困扰。

另外，这一项研究对于饱受COVID-19折磨的全世界人民，也许有着另一层意义：在大部分工作、会议和娱乐都转为线上进行的今天，我们真的已经太久没有自由地旅游、拥抱老朋友、认识新朋友了。当一切都隔着一层冰冷的屏幕，我们不禁要问，对于屏幕里新认识的那个TA，我们究竟了解多少？我们真的熟悉TA了吗？当有一天，COVID-19褪去，TA就站在你面前时，你会和TA擦身而过，还是被迅速激活，认出这张你熟悉又陌生的脸？

参考文献：

1. Gross, Charles G. "Genealogy of the “grandmother cell”." The Neuroscientist 8.5 (2002): 512-518.

2. Bruce, Vicki, and Andy Young. "Understanding face recognition." British journal of psychology 77.3 (1986): 305-327.

3. Turati, Chiara, et al. "Newborns' face recognition: Role of inner and outer facial features." Child development 77.2 (2006): 297-311.

4. Pressl, Christina, et al. "Interrogating an ICD-coded electronic health records database to characterize the epidemiology of prosopagnosia." Journal of clinical and translational science 5.1 (2021).

5. Landi, Sofia M., et al. "A fast link between face perception and memory in the temporal pole." Science (2021).

（作者：推医汇 ）

声明：本文由21财经客户端“南财号”平台入驻机构（自媒体）发布，不代表21财经客户端的观点和立场。