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机器如何分清王珞丹白百何?
加州理工找到大脑认脸“密码”

2017-06-06  来源:澎湃新闻  作者:

  王珞丹(左)、白百何 东方IC 资料图

生活中,我们认出白百何不是王珞丹,只是电光石火的一瞬间,但这一瞬间大脑经历的过程却让神经科学家们困惑不已。2005年,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员找到了一个“安妮斯顿细胞”。他们向被试者们展示许多照片,当这位饰演过《老友记》中“瑞秋”一角的著名女演员出现时,许多被试者大脑中都有一个相同的神经元被激活了。受此实验启发,其他研究人员还找到了“茱莉娅·罗伯茨细胞”、“科比细胞”等。

因此,多年以来学界都怀疑,大脑中负责人脸识别的神经元是被人脸 “定制”的。这些专属的神经元会被一张特定的人脸快速激活,也会被其他相似的人脸激活,但对差的比较远的人脸就没啥反应了。

近日,加州理工学院的一项研究推翻了这一假设。神经科学家Doris Tsao和Le Chang发现,大脑皮层中的单个视觉神经细胞并不识别整张脸,而是识别一些元素,一系列神经元就像拼图一样拼出了整张脸。他们通过解码猴子大脑神经细胞的信号,高度还原出了猴子看到的人脸图像。相关论文发表在6月1日的学术期刊《细胞》上。

此前,科学家们就发现了大脑皮层中存在一系列专职识别人脸的神经元。而曹的团队在几年前开始研究这些神经元的“拼图”过程。他们假设大脑是靠眼睛大小、嘴巴长度等脸部特征“拼”出人类的,并测试这些“密码”是否能激活脸部识别神经元。但实验结果都是“密码不正确”。

最终,Tsao放弃了这些人类自己能想到的比较具体的元素,改由计算机找出人脸识别的密码。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数学维度。这些参数并不是在简单描述具体的某个脸部器官,其中一半与形状有关,比如两眼间距或发际线宽度,另一半涉及肤色、皮质等要素。

  通过50个参数就能描绘任意两张人脸之间的差异

随后,研究人员将电极植入两只猕猴的大脑,让猕猴观看围绕这50个维度有所差异的人类脸部照片,监控猕猴大脑中205个脸部识别神经元对这50个维度的不同反应。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。

“我们破解了人脸识别的大脑密码”,Tsao说道。这些各有分工的神经元从不同的角度分析人脸,形成的信息汇集到一起,就拼出了一张完整的人脸,这个过程有点类似警察根据目击证人的描述一点一点绘出犯罪嫌疑人的长相。

在此基础上,他们通过解码猴子大脑神经细胞的信号,高度还原出了猴子看到的人脸图像。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%。

  猴子看到的人脸(左)与通过猴子大脑信号复原出的人脸(右)

此外,研究人员还通过实验证明,这些神经元会被它们预设的那些维度所激活,却对其他维度的变化毫无反应。也就是说,如果给猕猴看两张看起来差异非常大的人脸,而这两张人脸恰好在神经元所预设的维度上比较相似,那这些神经元的反应是相同的。Tsao通过一个比喻来解释这种现象:如果某个细胞会被红色激活,那它对橙色和紫色的反应会是相同的。

这是人类首次用完整又简洁的叙事描述了灵长类大脑识别人脸的过程。接下来,Tsao的团队将转而研究大脑的颞叶部分,验证大脑是否用相似的“密码”编码了日常物体和日常场景。

关键词:大脑 认脸 机器