研究解密面孔在大腦中的編碼—新聞—科學網

2021-01-09 科學網

圖片來源：John Lamb/Getty

當你看人面照片時，大腦會立刻識別出照片上的人是誰，或你之前是否見過。近年來，神經學家一直試圖弄清大腦是如何識別和感知人臉的。近日，刊登於《細胞》期刊上的研究顯示，科學家已經了解靈長類動物大腦中的人臉識別編碼系統。

「我們發現，這個編碼系統非常簡單。」美國加州理工學院生物工程教授Doris Tsao說，「我們發現，當一隻猴子看到一張面孔時，其大腦中僅有205個神經元參與了相關編碼過程。」

在更早的研究中，Tsao團隊使用功能性核子共振成像技術識別了人類和其他靈長類動物大腦中負責識別面孔的區域。他們將這6個位於下顳皮層的區域稱為面孔補丁。進一步研究顯示，這些區域塞滿了特殊的神經細胞。

在新研究中，Tsao及其博士後研究員Steven Le Chang發現，每個面部識別細胞代表了一個多維空間內的特定軸線。研究人員將這個空間稱為面部空間。與紅藍綠光以不同的方式相結合能產生不同的顏色類似，這些軸線以不同方式組合在一起能出現每個可能的面部。

研究人員表示，一張人臉如果可以分解成50個維度。那麼25維與形狀有關，例如眼睛之間的距離或髮際線的寬度，而另外25維與形狀無關，主要代表外貌特徵，例如膚色和紋理。

Tsao團隊將電極插入獼猴大腦中，記錄了面孔補丁區的面部識別細胞的信號。結果發現，當一個面孔被投攝入50維面部空間內的單個軸線時，每個細胞被成比例激發。

於是，研究人員研發出一種算法，以解碼面部識別的神經響應。結果顯示，獼猴的2個面部補丁區的細胞就足以重建面部—— 一個區域有106個細胞，一個有99個。

據介紹，該成果不僅對神經編碼研究意義重大，還能應用於人工智慧領域。（唐一塵）

 

相關焦點

  • 科學網—研究解密面孔如何在大腦中編碼
    圖片來源：John Lamb/Getty 本報訊 當你看人臉照片時，大腦會立刻識別出照片上的人是誰，或你之前是否見過。近年來，神經學家一直試圖弄清大腦是如何識別和感知人臉的。近日，刊登於《細胞》期刊上的研究顯示，科學家已經了解靈長類動物大腦中的人臉識別編碼系統。 「這個編碼系統非常簡單。」美國加州理工學院生物工程教授Doris Tsao說，「我們發現，當一隻猴子看到一張面孔時，其大腦中僅有205個神經元參與了相關編碼過程。」
  • 科學家發現乙醯膽鹼調控大腦學習記憶新機制 —新聞—科學網
    相關研究成果論文近日發表於《神經科學》雜誌。 學習記憶是大腦最迷人的智能活動之一，在清醒時，大腦進行學習記憶活動，在休息時（主要是在夜晚的睡眠階段），大腦對所學的內容加以記憶的鞏固。根據睡眠時腦電的活動狀況，可將睡眠分為慢波睡眠和快波睡眠（也稱快速眼動睡眠）兩個階段。
  • 靈長類動物能區分熟人面孔—新聞—科學網
    圖片來源：Tierfotoagentur 近日，研究人員在獼猴大腦中鑑別出兩個新區域，似乎能幫助該動物識別
  • 螞蟻大腦也分區—新聞—科學網
    DAVID FERNANDES 人腦存儲記憶時有不同的區域分工，比如左側大腦存儲言語信息，而右側大腦專攻視覺信息，這被稱為大腦發育過程中的偏側化。本周，英國蘇賽克斯大學的研究人員發現，即便是小小的螞蟻，其大腦也出現了偏側化。
  • 基因讓尼安德特人「很怕疼」—新聞—科學網
    近日發表在《當代生物學》上的一項研究發現，這些遠古人類親屬的蛋白質NaV1.7的編碼基因有3個突變，該蛋白質會向脊髓和大腦傳遞疼痛感。他們還發現，在英國人樣本中，那些遺傳了尼安德特人版本NaV1.7的人往往比其他人的疼閾值更低。 「對我而言，這是第一個使用現代人的基因改造模型了解尼安德特人的生理機能的例子。」德國馬普學會進化人類學研究所的 Svante Paabo說。
  • 老母親「露西」的大腦更像誰—新聞—科學網
    這種古老人屬的大腦比分布在東非各地的黑猩猩大腦更大。 最近，一項對遠古幼童的新研究發現，雖然南方古猿阿法種有著類似猿類的大腦結構，但大腦要花更長的時間才能發育到成年的大小，這表明它們的嬰兒可能更依賴於看護者的照料，這是一種類似人類的特徵。 科學家通過測量和分析人類遠古祖先的頭骨化石，以估計其大腦的體積和生長。
  • 心臟跳大腦抖 神經元分類更精確—新聞—科學網
    研究人員發現，通過分析一次心跳期間的神經元波形變化，可以對人腦中不同類型的神經元進行更精確的分類。這項研究有助更好地理解大腦中不同類型的細胞如何相互作用，從而產生認識和行為。相關論文日前刊登於《細胞報告》。 按照慣例，科學家基於神經元的波形對其進行分類，波形即每一個神經元在處於激活狀態時所發射的特徵電活動模式，也就是「尖峰」。
  • 我國科學家揭示聽覺皮層編碼聽覺認知的新機制—新聞—科學網
    中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室徐寧龍研究員團隊揭示了其中的奧秘，解析了大腦對感覺信息進行範疇化的皮層神經元群體運算機制。這項研究成果7月8日深夜在線發表於《神經元》。 垃圾需要分類，大腦信息更需要分類 為什麼大腦要對接收到的信息進行分類呢？
  • 科學家首次解析腦神經突觸高精度三維結構—新聞—科學網
    探索人類大腦的工作機制，是人類科學研究最偉大的挑戰之一。大腦的內部究竟是何模樣？千億個腦神經元是如何工作的？深圳先進院腦認知與腦疾病認知研究所（以下簡稱腦所）和深港腦科學創新研究院新成立的腦信息中心（以下簡稱中心），正是一支孜孜探索這些問題答案的腦科學交叉研究團隊。
  • 狗狗的大腦無法識別人類面孔?
    一項新的研究發現，狗狗無法識別人類面孔，因為在它們的大腦中沒有用來區分人類後腦或前腦的區域。結果表明，人類大腦中有大面積專門的神經網絡用來區分人臉和非人臉。In dogs there are no brain regions that fire to differentiate faces.然而在狗的大腦中，卻沒有用來區分面孔的區域。
  • 一種新方法找到讓人類和猩猩不同的腦區—新聞—科學網
    DNA和大腦（虛擬圖）。圖片來源：Giovanni Cancemi/stock.adobe.com 人類和黑猩猩的蛋白質編碼基因組非常相似，只有1%的差異。理解人之所以為人的生物學特徵，是一個引人入勝又爭論激烈的研究領域的一部分。 據《每日科學》報導，瑞士生物信息學研究所（SIB）和洛桑大學的研究人員開發了一種新方法，首次精確定位了大腦中人類特異的基因調控方式的適應性變化。這些結果為人類進化、發育生物學和神經科學的研究開闢了新視角。近日，相關論文發表於《科學進展》。
  • 國內遊戲行業首個腦科學研究中心落地—新聞—科學網
    浙江大學校長吳朝暉院士（左）和盛趣遊戲董事長王佶揭牌   8月20日，浙江大學紫金港校區，浙江大學校長
  • 新技術幫助研究人員量化有機體差異—新聞—科學網
    圖片來源：Chung Lab/MIT Picower Institute 利用人類幹細胞培養的大腦類器官或「迷你大腦」，為科學家提供了了解人類神經發育和疾病的可操作實驗模型。但沒有兩個類器官是相似的，也沒有一個像真正的大腦。這個問題阻礙了科學的發展，使得有科學意義的定量比較難以實現。
  • 解鎖大腦編碼情緒模式
    原標題：解鎖大腦編碼情緒模式 伏隔核中編碼「喜歡」和「  《自然—神經科學》期刊9月22日在線發表了中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所胡海嵐研究組的最新研究成果。這篇題為《利用TAI-FISH技術觀察大腦邊緣系統的情緒效價圖譜》的文章將帶你解鎖大腦中的情緒密碼。 科研人員利用一項叫作TAI-FISH的新技術揭示了小鼠前腦邊緣系統各腦區對於喜好或者厭惡的情緒反應的編碼模式。
  • 華東師範大學量子隱形傳態研究獲突破—新聞—科學網
    這些系列工作由於在單一體系中實現了多套量子糾纏源的並行產生，從而極大地提高了系統的糾纏容量，為發展高容量的量子信息體系提供了重要的量子資源。 在這項研究工作中，該團隊充分利用這些量子糾纏源的高容量特性，並與全光量子隱形傳態協議相結合，在單一體系中同時構建了九套並行的量子隱形傳態通道。在此基礎上，實驗演示了兩個相互獨立且正交的軌道角動量模式的同時隱形傳送。
  • 科學家揭示DHA促進大腦神經發育和功能新機制—新聞—科學網
    該研究結合在體基因操縱（轉基因小鼠、病毒注射和胚胎電轉等）、藥理學、螢光染料微注射、RNA測序、腦片電生理及行為學等實驗，發現了大腦內游離DHA通過RXRA依賴的信號通路調節樹突棘及功能性突觸的發育，解析了DHA促進大腦發育和功能的新機制，給相關疾病的治療提供了新思路。 神經環路的形成高度依賴於功能性突觸的形成，且該過程受細胞內外信號的協同調控。
  • 鱗翅目昆蟲通過嗅覺與被子植物協同進化—新聞—科學網
    這一研究加深了人們對昆蟲與植物協同進化的認識，以這類關鍵的嗅覺受體為靶標可以發展環境友好的害蟲行為調控綠色防控技術。相關研究成果在線發表在《分子生物學與進化》上。 鱗翅目昆蟲包括蛾子和蝴蝶兩大類，是地球生態系統中最重要的生物類群之一。絕大多數鱗翅目昆蟲的幼蟲會危害各類農作物，而成蟲多取食花蜜來補充營養。
  • 科學家提出記憶形成新解:大腦玩的拼圖遊戲
    科學家使用功能磁共振成像儀(fMRI)分析了大腦活動圖像，結果發現，通過多次學習記住一張面孔或一個單詞，與忘掉它相比，其神經活動在多個腦區顯示出更大的相似性。《科學》雜誌近日發表的一項研究表明，多次激活同樣的神經連接方式能將事物印在記憶裡。這與心理學家40年前提出的編碼變異假說結合，能使人們更好地理解記憶的形成機制。
  • 研究發現大腦可塑性機制—新聞—科學網
    前不久，美國塔夫斯大學醫學院與耶魯大學醫學院的科學家共同發現，一種新的分子機制對於大腦功能的成熟具有至關重要作用，同時，它還可用於恢復老年人大腦的可塑性。與之前研究不同的是，這是科學家首次以一種特定分子作為目標，該分子作用於單一類型的神經元連接，從而調節大腦功能，恢復了大腦自我連接的能力。
  • 耳蝸神經迴路超微結構獲解析—新聞—科學網
    在耳蝸中，毛細胞（inner hair cell）可通過頂部的纖毛響應由聲音造成的振動，並通過細胞底部的帶狀突觸（ribbon）將機械振動轉換成電信號傳遞給聽神經（afferent fiber），從而使聲音信息經聽覺通路上行至大腦進行處理。 「毛細胞在耳蝸中的具體位置對應了其所能感知聲音的頻率，但耳蝸毛細胞對聲響的神經編碼機制仍有待完善。」