加州理工科学家解码大脑识人功能,可为人工智能领域带来新突破

摘要: 加州理工大学科学家发现,大脑中有个由205个神经元组成的人脸识别编码系统,是一台高效的“人脸分析仪”。

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大脑识别人脸的功能十分强大。它只需花几千毫秒就能认出一个人,形成属于这张人脸的专属记忆,并将这个形象在脑海中存储长达几十年的时间。

长久以来,这样的功能就令科学家们着迷。近日,加州理工大学生物科学家Doris Tsao教授领导的团队终于发现,大脑中仅由205个神经元组成的人脸识别编码系统就实现复杂的识别过程。

Doris Tsao教授和Le Chang合著,于6月1日发表在世界级科学学术期刊《细胞》上的论文说,研究人员用猕猴做实验(猕猴和人类大脑在识人功能上相似),发现特定的脑细胞(face cells)在识别对象脸部的特征时,会有明确分工。他们还发现,大脑皮层中的单个视觉神经细胞无法识别整张脸,但神经元能搜集这些细胞识别的一些元素,像拼图一样拼出一张脸。

研究人员首先将人脸及其它物体的图像,如身体不同部位、水果等图案随机展示给猕猴。利用功能核磁共振成像(fMRI),他们就能发现猕猴看到“脸”时,脑中哪部分区域会被激活,以此确定猕猴脑中脸细胞的确切位置。

之后,通过分析一组200张经计算机调整后的真人照片,计算机给出了50个可以描述人脸间差别的变量。在该实验中,研究人员将电极植入两只猕猴的大脑,让猕猴观看与这些变量有关的有各种差异的人脸图片,监控猕猴大脑中205个脸部识别神经元对这50个变量的不同反应。研究人员对得到的上百万种反馈进行解码,得到了每种反馈代表的具体含义。

50个变量就可以识别一张脸。图片来源/xxx

50个变量就可以识别一张脸。图片来源/ncnetwork.co

论文的合作者之一,现任加州理工大学生物学系教授的Doris Tsao说,“每个神经元都对脸部不同特征编码,这个过程的原理其实挺简单的。”

实验中,他们根据每个神经元对各种脸部特征的反应信号强弱,解码猕猴大脑神经细胞的信号,尝试重现猕猴看见的面孔。当研究人员把原始图片混在40张图片中,让被试者找出与还原出来的图像最匹配的一张,被试者指向原始图片的概率达到了80%,也就是说,他们高度还原出了猕猴看到的人脸图像。

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左列为原始图像。右列为还原图像。图片来源/newyorktimes。

有趣的是,每个神经元都有自己的擅长辨认的人脸特征,它们各司其职,互不干扰。Doris Tsao教授的团队印证了这一假想:当猕猴看见两张发际线不同的照片,它们视觉皮层中关心眼睛大小的神经元不会产生变化。

该发现是Doris Tsao教授及其团队15年实验研究的结晶。它证明了人脑是一台高效的“人脸分析仪”,彻底否认了此前大脑识人是一种“黑箱操作”的迷思,推翻了大脑是“人脸识别机”的假说。

霍普金斯大学神经科学系的Ed Corner教授评论,这个发现的未来应用前景广阔。比如,科学家们可以通过监测大脑的活动重建视觉,视障群体即便视力为零,也能通过刺激脑中脸细胞,来“看”到人。

Doris Tsao教授接受采访时也说,希望自己的新发现能够恢复神经科学界的乐观情绪。

这一成果不仅对神经编码研究意义重大,还能多方面应用于人工智能领域,如通过分析犯罪现场目击者的脑活动得出更准确的嫌疑人的图像。

(本文首发钛媒体,综合自外网

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元婕
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