心靈閱讀演算法識別面孔

朋友，家人，同事，熟人——大腦如何處理和認識我們每天看到的無數面孔？加州理工學院的新研究表明，大腦使用簡單而優雅的機制來表示面部認同。研究結果表明，一個不太遙遠的未來，監測大腦活動可以導致人們重新觀察一個人。

這項工作是在多麗絲曹（96歲），生物學教授，領導主席，天橋董事，陳思思系統神經科學系主任，霍華德休斯醫學研究所（HHMI）研究員的實驗室完成的。一篇描述工作的論文出現在「Cell」雜誌的6月1日刊上。

新工作的核心觀點是即使存在無數的不同面孔，我們的大腦只需要約200個神經元來唯一地編碼任何面部，每個神經元編碼面部變異性的特定維度或軸。以相同的方式，紅色，藍色和綠色光以不同的方式組合以產生光譜上的每種可能的顏色，這200個神經元可以以不同的方式組合以編碼每個可能的面部——稱為面部空間的一系列面孔。

這些神經元中的一些編碼面部骨骼形狀的方面，例如，眼睛之間的距離，髮際線的形狀或面部的寬度。其他人編碼與其形狀無關的臉部特徵，例如膚色，肌肉組織或眼睛和頭髮的顏色。此外，神經元的反應與這些特徵的強度成正比; 例如，神經元可能對大的眼間距離，對平均眼間距離的中間響應以及對小的眼間距離的最小響應可能表現出其最強的響應。然而，單個神經元未映射到特定的可命名特徵。相反，每個神經元編碼結合不同基本特徵的更抽象的「面部空間方向」。通過測量每個方向上的臉部位置，大腦然後可以感知臉部的身份。

曹先生說：「這項新研究代表了近二十年來試圖破解人臉識別代碼的研究熱潮。「這是非常令人興奮的，因為我們的結果顯示這個代碼其實很簡單。」

2003年，曹和她的合作者發現，當猴子正在看臉時，靈長類動物大腦中的某些地區最為活躍。研究人員將這些地區稱為補丁; 內部的神經元，他們稱為面孔細胞。過去十年的研究表明，這些貼片內的不同細胞對不同的面部特徵有反應。例如，一些細胞只響應眼睛的面部，而其他細胞只響應頭髮的面部。

「但是這些結果令人不滿，因為我們只是觀察每個細胞真正編碼面孔的陰影，」Tsao說。「例如，我們會改變卡通臉上的眼睛的形狀，發現一些細胞會對這個變化很敏感，但細胞可能對我們還沒有測試的許多其他變化敏感，每個單元格應該完全相同的方式對無窮個面看起來非常不同，但都在這個單元格的首選軸上具有相同的投影。事實上，博士後學者曹和樂昌和「細胞」論文的第一作者發現，這是真實的。「在線性代數中，您將了解到，如果將50維向量空間投影到一維子空間上，則該映射具有49維零空間，」Tsao說。「我們驚訝的是，在大腦的視覺系統中，神經元實際上是做簡單的線性代數，每個單元格都是採取一個50維向量空間面空間，並將其投影到一維子空間上，這是一個揭示每個單元格確實有一個49維零空間; 這完全推翻了單面細胞編碼特定面部身份的長期理念。相反，我們發現這些單元是精美的線性投影機。「Chang補充說， 」我們的結果可以提出新的機器學習演算法來識別面孔，並提供新的任務來訓練網路。「Chang給我們用於了解一般對象如何在大腦區域內進行編碼的模型。人們也可以想像在法醫學中的應用，人們可以通過分析證人的大腦活動來重建犯罪者的面孔。「

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