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识别人脸, 205个脑细胞就够了,你还好意思脸盲吗?

学术经纬  · 公众号  · 医学  · 2017-06-03 08:15

正文


药明康德/报道


识别人脸就像是人类的本能。日常生活工作也好,看电影追电视剧也好, 在看到曾经熟识的面容时,很多人总能在第一时间做出反应,说出对方的名字。 然而,也许正是由于“认脸”太过于普通,人们早就对这一技能习以为常,以至于没有把它当作一个新奇的科学问题来看待。认脸背后的生物学原理,也久久没有得到解释。


本项研究的负责人Doris Tsao教授 (图片来源:HHMI)


昨日,科学家们终于在这一领域迈出了一大步——来自加州理工学院(Caltech)的 HHMI研究员,知名华人学者Doris Tsao教授 与她的研究团队揭示了大脑识别人脸的机制,并发现 只要区区205个猴脑细胞,就足以精准地识别面容 。更夸张的是,通过检测这些脑细胞的活性,研究人员甚至能反推出人脸的模样,准确度高得惊人!这项突破性的研究发表在了 生命科学领域顶尖学术期刊《细胞》


要了解这项研究的重要性和意义,我们先来回顾下人类至今在神经科学上取得的成果。先前,科学家们早已知道,脑细胞能如何处理像颜色、角度、边缘等简单的视觉信息。然而,一旦视觉信息的复杂度上升一个水平,神经学家对大脑的运作机制就说不出个所以然来。 就拿识别人脸来说吧,科学家只知道在认脸时,大脑的特定区域会变得活跃,但其中的脑细胞如何通力合作,将眼睛观察到的信号转变为大脑中的人脸,依旧是一个未解之谜。


在识别人脸时,脑部的特定区域会变得活跃 (图片来源:《细胞》)


Tsao教授正是想解决这一难题的科学家之一。先前,她和她的同事们已经在大脑识别面部的区域研究了很多年,并试图了解神经元如何识别眼睛大小和嘴巴宽度等面部特征。然而, 大量的努力没有带来突破。 “因为我们无法将面部特征用语言来描述,所以这项任务特别艰巨。”Tsao教授说道。


本文第一作者Le Chang博士 (图片来源:加州理工学院)


山重水复疑无路,柳暗花明又一村。在本项研究的第一作者Le Chang博士一道,他们抛弃了原有的研究思路,重起炉灶。两名研究人员往计算机程序里输入了200张经过处理的面部照片,并用数学方法, 从中提炼出50个关键的特征维度——这些维度能将不同的面容做最大程度的区分。 有趣的是,计算机和人类认脸的方式有着显著不同。它们不计较人是单眼皮还是双眼皮,也不考虑招风耳或是朝天鼻。在这些维度中,有大约一半和形状的判别有关(如眼睛之间的距离,发际线的高度等),而剩下一半则与皮肤颜色或是材质有关。当这50个维度进行特定的排列组合,就能代表输入的200张照片。








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