什么是祖母细胞理论?当“看见”的时候之臆想之容貌二,野驴

2007-05-30 17:28:39

标签: 科学 科普 野驴 当看见的时候 分类: 科普-《新发现》

客观世界中的事物种类是无限的,而大脑中的细胞再多也是有限的,若要用有限来表示无限可就需要一些技巧了。再来看看那个显示牌,“日”字最上面的那根二极管既在表示2时发光,也在表示5时发光,它是可以重复利用的

同样的道理,一个细胞既会在恋人的脸出现时反应,也会在母亲的脸出现时反应,每个细胞代表脸不同方面的特征,它们的某种特定组合即代表了一张特别的脸。这就是解决问题的方案——编码机制,这种方式大大提高了资源利用率,是以有限表示无限的唯一办法

事实上虽然显示牌只显示十个数字,但七个二极管可以代表的情况多达2的7次方128种,而视皮层的细胞数量是以亿为单位的,所以不必担心看到的东西多了,大脑会无法区分出彼此,即便各式各样的新物品正在被不断制造出来

编码机制不是高级视皮层区域的独家专利,而是应用于视觉系统各处乃至其他感觉系统,它可以说是大脑进行信息处理的通用法则

当看到照片中的恋人时,你会立刻想起有关她的一些信息,如名字、性格、爱好等,当然还有在一起的美好时光,并由此产生强烈的幸福感。这说明视觉系统在完成它的使命后,会将接力棒传递给负责记忆和情绪的脑区

编码规则在那里同样适用,但是会存在一些很特殊的情况——只有一个细胞的编码。当恋人的脸出现时,只有这个细胞做出反应,而且它忠贞不二,对别人的脸都不感兴趣

这类细胞被称为“祖母细胞”,这样叫是因为曾有神经学家认为既然在视觉系统的等级组织结构中,从低级皮层到高级皮层细胞的感受野是越来越大、越来越复杂的,那么到最后理所当然地会存在一个超级细胞,其感受野可以对应整个一张脸

不一定只有脸才拥有与其对应的祖母细胞,一只动物、一种食物都可以享受这份待遇,但前提是它必需令你印象深刻。也就是说这种地位显赫的细胞只会对恋人的脸、朝夕相处的宠物狗、最钟爱的炸酱面专一反应

这并不难理解,如果每个陌生人、每只狗、每种食物都需要“专人”服务的话,大脑的“员工”再多也不够用。不过为了让人可以在对其最重要、最熟悉的事物出现时尽快做出反应,能够显著提高效率的祖母细胞也是必不可少的

看来我们的大脑在资源利用率和效率之间做了一个兼顾,以一种灵活的方式进行编码,一般的视觉对象一般对待,特殊的视觉对象特殊对待

显而易见的是,特权不是与生俱来的,对恋人的脸情有独衷的那个细胞,在你遇到她之前未必会有什么惊人之处,也许正是你的日思夜想才造就了它的痴心

所有的细胞和神经回路都时刻处在动态变化当中,不过相对固定的等级制度确然存在,从低级皮层到高级皮层编码效率是越来越高的,祖母细胞在记忆、情绪等脑区(已不属于视觉系统)的出现证实了这一点

脸部专属区域与记忆脑区的通信障碍可能是“脸盲症”的症结所在,家人的脸在脸部专属区域所生成的标识符,总是不能在记忆脑区触发后继的反应,即无法形成相关的记忆

脑海中缺少容颜的烙印或许另有一桩好处,那就是想象能够不受过往的羁绊,天马行空

参考文献:

  1. Paul E. Downing, Yuhong Jiang, Miles Shuman, Nancy Kanwisher. A cortical area selective for visual processing of the human body[J]. Science. 2001 Sep 28;293(5539):2470-3.

  2. Hung CP, Kreiman G, Poggio T, DiCarlo JJ. Fast readout of object identity from macaque inferior temporal cortex[J]. Science. 2005 Nov 4;310(5749):863-6.

  3. Rotshtein P, Henson RN, Treves A, Driver J, Dolan RJ. Morphing Marilyn into Maggie dissociates physical and identity face representations in the brain[J]. Nat Neurosci. 2005 Jan;8(1):107-13. Epub 2004 Dec 12.

  4. 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.

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