祖母细胞真的存在吗?嗨!我可以为你生成一个祖母细胞吗?(二),野驴

2007-05-31 00:14:20

标签: 科学 科普 野驴 嗨!祖母细胞 分类: 科普-《新发现》

七十年代,“祖母细胞”这个词开始出现在神经科学刊物上,如今,你可以在各种介绍神经科学和视觉的教科书中见到它的身影

一切都由那个故事所引发,而莱特文的灵感来自于之前的一些研究结果,这些结果表明,大脑视觉系统中辛勤工作的细胞们并不是“生来平等”的,而是在一个等级制度下各司其职

视觉系统的功能,是由从视网膜到丘脑,外膝体再到大脑视觉皮层这条视通路来实现的,视觉皮层又细分为不同的区域,如V1区、V2区、V3区等

视通路中的每一个细胞都拥有一片自己的领地(感受野),并负责对领地内的事务(光学变化)进行处理。如果把眼中景象比作一幅拼图的话,每块图案就是一片领地

细胞们的不平等就体现在领地的大小和复杂性上,视网膜细胞的领地最小,也最简单——脸颊上的很小一点,单独来看没有任何意义;外膝体细胞的领地就要大一些,复杂一些了——腮上的一块,里面有颗痣;而在视觉皮层V1区,细胞领地覆盖的可以是一小片带有胡须的皮肤……

沿着视通路,细胞的感受野越来越大,越来越复杂,生物学家们接下来想知道,通路中各层次细胞感受野间的关系是什么样的?

胡贝尔(Hubel)和维泽尔(Wiesel)在他们1965年发表的经典论文中,提出了一个合乎情理的模型:几个视网膜细胞会聚输入到同一个外膝体细胞,此外膝体细胞的感受野是这几个视网膜细胞感受野的集合

比如视网膜细胞的感受野是一个个圆形图案,那么外膝体细胞的感受野就是几个圆形图案拼成的矩形,依此类推。基于如此严密的等级制度,不难想象在最高级的皮层区域内,应该存在一种超级细胞,其领地对应了整个一张脸

几十年来,越来越多的视皮层区域被确定,尤其令人兴奋的是在猴子大脑中发现了专门处理脸部信息的区域——下颞叶皮层(Inferior Temporal Cortex,位于太阳穴附近)

但遗憾的是该区域内的细胞不够专一,对不同的脸都会做出反应,而且表现出对某部分特征最感兴趣,比如下巴、鼻子、眼睛等等。这似乎表明一张脸是被一组分管不同部分特征的细胞共同代表的,而不是被一个祖母细胞独家包办

这种编码方式更加符合实际,祖母细胞于是逐渐沦为新思路的旁证和衬托,因此当那个只钟爱克林顿照片的细胞被确认出来时,加州理工学院的研究者们着实兴奋了一阵。不过要说这就是祖母细胞还显得有些证据不足,只有当发现不管正面、侧面、素描、卡通形象、甚至仅仅克林顿的名字都能令其激动不已的时候,我们才放心地认为此细胞代表了“克林顿”这个概念,很有可能就是莱特文故事中的祖母细胞

只能说很有可能,因为无法证明它的绝对忠贞,不过已经很令人惊奇了,单独一个细胞就可以完成看似非常复杂的任务

有趣的是,此类细胞被发现存在于海马脑区,该区域与长期记忆和抽象记忆的形成有关,严格来说已不属于视觉系统

位于金字塔顶端的祖母细胞是记忆形成的见证,其所代表的人物必然令你印象深刻,实验所用照片都是名人的,但完全可以断言,与受试者朝夕相处的亲人朋友,都在其海马中拥有自己的代表

很显然,祖母细胞不会是与生俱来的,在见到克林顿之前,没有理由存在一个“克林顿”细胞,可能是他在电视上不厌其烦的亮相,和那些令人津津乐道的风流韵事,使受试者的大脑认为有必要为这家伙分配一个专门代表

大脑资源有限,祖母细胞肯定只会因那些最熟悉、最重要的人而产生,所以下次再对某个女孩心动时,把以往的陈词滥调全部扔到一边,让我们来点新鲜的,望着她的眼睛对她说:嗨!我可以为你生成一个祖母细胞吗?

参考文献:

  1. Quiroga RQ, Reddy L, Kreiman G, Koch C, Fried I. Invariant visual representation by single neurons in the human brain[J]. Nature. 2005 Jun 23;435(7045):1102-7.

  2. Charles G. Gross. Genealogy of the“Grandmother Cell”[J]. Neuroscientist. 8(5):512–518, 2002.

  3. Hubel DH, Wiesel TN. Receptive fields and functional architecture in two nonstriate visual areas (18 and 19) of the cat[J]. J Neurophysiol 28:229–89, 1965.

  4. Gross CG. Representation of visual stimuli in inferior temporal cortex[J]. Phil Trans R Soc Lond 335:3–10,1992


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