为什么“你看起来很眼熟”？现在科学家们知道了

大脑拥有辨别面容的惊人能力。它能在几毫秒内认出一张脸，形成对一个人的第一印象，并且这份记忆可以保留数十年之久。

而有关这些能力最核心的问题，一直以来都没有得到解答：大脑到底是怎么为看到的面容编码的？加州理工学院两位生物学家勒·常（Le Chang）与多丽丝·Y·曹（Doris Y. Tsao）在周四发行的《细胞》（Cell）杂志中报告称，他们破译了大脑识别面容的编码。

他们实验的基础是面容细胞（face cell）的电信号记录——面容细胞指的是一些神经元，当面部影像呈现在视网膜上时，这些神经元会对一连串电信号做出反应。

这支来自加州理工学院的团队记录了猕猴的面容细胞对约2000张处理过的人脸照片作出反应的方式，弄清了刺激面容细胞的到底是脸的哪些方面，以及大脑为面部特征编码的方式。猕猴的面部识别系统似乎和人类的非常类似。

这些生物学家表示，大脑只需要200个面容细胞就能识别出一张脸。发现了大脑为面部特征编码的方式后，这些生物学家通过监控猕猴面容细胞起作用的方式，再现了猕猴眼中看到的面容。

这项发现还有待其他实验室验证。但如果这项发现真的准确无误，它就能帮助我们理解大脑为看到的所有物品编码的方式，还能为人工视觉指明新的道路。

达特茅斯（Dartmouth）一位面容识别专家布拉德·迪谢纳（Brad Duchaine）说：“破译面容细胞的密码无疑是一桩大事。”

他还说，确定灵长动物大脑为面容编码时用到的特征是一项重大进展。而且，这些研究人员能够利用神经信号还原猕猴眼中的面容，这点也很令人钦佩。

加州理工学院研究人员通过监控猕猴脑部的电信号，再现了猕猴眼中看到的面容。图片版权：多丽丝·曹/加州理工学院

人类和猴子的大脑都已经进化出了专门用于识别面容的系统。这大概是因为，作为社会动物，人类和猴子要生存都得靠辨别自己社会群体的成员、区分他（它）们与陌生人。

人类和猴子的面容识别系统由面容细胞构成，这些细胞都是一组一组的，每组都有至少10000 个面容细胞。大脑两侧皮质各有六组这样的面容细胞，位于耳后的位置。

当一张脸的影像投射到眼睛的视网膜上时，会转变为电信号。这些电信号会先通过五六组神经元，在到达面容细胞以前，电信号在每个阶段都会经过处理。因此，面容细胞就能接收到高质量的面部形状与特点信息。

大脑识别面容的一种可能的方式，是对每一张脸都专门分配一个细胞。事实上，大脑其他部分确实有会对特定人员的形象作出反应的细胞。

2005年一场手术中，癫痫病患眼前出现詹妮弗·安妮斯顿的影像时，有此类细胞产生了反应。随后，这种细胞被神经科学家称为“詹妮弗·安妮斯顿细胞”（Jennifer Aniston cells）。当时，那位病患的这一细胞忽视了其他所有影像，包括一张安妮斯顿与布拉德·皮特（Brad Pitt）的合影。

但这并不是大脑识别面容的方式。因为我们可以认知我们此前从未见过的面孔。事实上，这支加州理工学院的研究团队发现，大脑面容细胞用了一种简单洗练但又抽象的方式来辨别一张脸的尺寸特征。

在实验中，这些生物学家先是用磁共振成像确定了猕猴大脑中的面容细胞组。接着，他们用一根细电极探测面容细胞个体，记录它们的电信号。

他们有系统有条理地处理了一些人类面孔的照片，让这些面孔呈现出不同的大小与面部特征，并向猕猴展示了这些照片。

大脑中级别较高的细胞常常会对混杂的事物产生反应，因此很难辨别出细胞具体针对的是哪些对象。当时，加州理工学院研究团队成功创造出了一些面容，能够确切显示出令每个面容细胞产生电信号的对象。

令每个面容细胞产生电信号的是一系列面部特征的集合，这就解释了为什么有人剃掉胡子以后，他的朋友可能会一时之间认不出他。加州理工学院研究团队报告称，识别一张脸需要约50个此类特征。

这些特征会在大脑中创造出一种“脸空间”（face space），大脑可以在这里识别出无数面孔。一开始大脑中可能存在一张平均脸或类似的东西，然后大脑会根据这一基础衡量（新出现面孔）的偏差。

一张新出现的面孔可能在某一特征上和大脑中的平均脸相差五个单位，在另一特征上相差七个单位等等。每一个面容细胞都会读取六个此类特征组合而成的集合。200个面容细胞释放出的电信号汇合到一起，就能识别出唯一的一张面孔。

曹博士表示，有一个时刻给她留下了特别深的印象，当时她发现自己能够设计出一系列不会令某一面容细胞产生反应的面容，因为那些面容缺少该面容细胞偏好的特征集合。这就排除了另一种可能的面部识别方式：面容细胞比较新出现的影像和一系列标准参考面容，寻找其中的不同点。

麻省理工学院神经科学家南希·坎维舍（Nancy Kanwisher）说，描述某一面容细胞能做什么、预测它会对某一新刺激做出怎样的反应，对我们来说是一项重大进展。但是，她指出，要想完整捕捉人类感知的丰富性和特定面孔的特性，可能需要超过50个特征。

她问道：“我们需要杰克·尼科尔森（Jack Nicholson）的眉毛这一特征么？”

曹博士研究面容细胞已经有15年了，她把自己和常博士的这份新报告看做“所有这些心血的巅峰之作”。她说，她希望自己的新发现能够恢复神经科学界的乐观情绪。

人们训练计算机针对某一给定任务模拟神经网络，推动了机器学习的发展。尽管很成功，但神经网络仍然是一个神秘的黑匣子，我们很难再现它们是怎样达成结果的。

“这给神经科学界带来了一种悲观的情绪，让人觉得大脑就好像一个黑匣子，”她说，“我们的论文提供了一个反例。我们在记录视觉系统最高阶段神经元的活动。我们可以看见，那并不是个黑匣子。我敢打赌，大脑各个区域都不是什么黑匣子。”

见习编辑 耿超逸