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最近二十几年,自然科学领域有哪些常识或理论得到了修正?

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日报标题:研究了这么久的视觉神经,问题依然比我们想得更复杂

华沙,NTU心理学博士在读。UoG心理学研究方法硕士。BJFU心理学学士。

在我研究的领域,科学家们对于大脑怎么理解面孔这样一个视觉信息有了非常长足的发展。最为有代表性的“纠错”就是在于大脑如何表征面孔信息。当然,现在也没有人敢说完全解释清楚了这个问题,只能说我们在接近问题的真相。

早在 1986 年 Bruce 和 Young 通过功能区分所建立的面孔处理模型起(整整 30 年),科学家就很想知道大脑怎么去表征我们的面孔。在这方面有两个思路取向:(1)类似诺奖获得者 Hubel 和 Wiseal 所代表的老一代生理学家,他们更关注到底什么脑区参与活动,也就是从解刨角度思考问题;代表是 Haxby 的一系列研究。(2)是以 David Marr 为代表想要搞清楚大脑如何表征面孔的算法,这一路的观点就是不只是搞清楚什么地方处理,还要搞清楚算法,以及原因。

前一种思路其实会犯一种问题,那就是过度简单化视觉加工。比如说早年实验会发现两栖动物的视网膜就可以处理一定视觉信息,这种归纳就是过度简化。没有办法,科学家喜欢阿卡姆剃刀,喜欢用(看起来)最简单的方法解释一个问题。这一类问题在大脑如何表征面孔信息这个问题上也有一定的展现。

最早的尝试来自于‘祖母细胞’这个概念。在上世纪中,Lettvin 教授提出这个概念,纯粹是以玩笑形式:教授当时在麻省理工学院课上,为了方便学生理解课程,提出了‘祖母细胞’这一个不恰当的比喻。

我们回到 Lettvin 在 1969 年所提出的假设。他认为我们大脑的颞叶上会存在一种非常复杂但是专一的一类细胞,只会对一个人产生特别的反应。假设中’祖母细胞‘并不只是对祖母的面庞有反应,而应该是对于祖母有关的概念都进行处理,可以说是我们大脑内的一个’祖母模块‘。按照最极端的假设:我们之所以能够识别我们的祖母,全都得依靠着这一个假象中的细胞。基于这一个假设再进一部分推理我们就能得出以下结论:一旦这种细胞随着不可抗力受损,我们心中的‘祖母’就没了,你就再也记不起她,也不认识她了。

这个假设相当荒谬,也被挂起来打了十几年的脸。但是这并不表明在 80 年代科学家们就对大脑理解多到哪儿去了。

八十年代那时候,现在的学术大牛还在苦苦挣扎 tenure,但是也在突破人类的思维极限。既然我们已经知道了大脑应该按照工作类型对于不同的面孔信息有区分,那么自然而然我们应该能在大脑上找到相应的区域。

Perrett 教授就利用当时最精密的技术 single neuron recording 去记录猕猴的颞叶活动(也算腹流),因为之前有研究表明这边可能与面孔相关。他八十年代的几篇论文给出了很多有趣的结果,比如颞上沟(STS)与面孔息息相关:看到一定特殊的面孔,颞上沟的细胞会异常兴奋。是不是这就是我们要找寻的答案呢?当然不是,因为严格的损毁实验发现,损坏这个区域并不能让猴子变成脸盲。在 1991 年论文中,Perrett 通过更加严格的实验,发现颞上沟并不对面孔本身反应,而是对面孔的朝向有反应。

这在之后的十来年的研究中,一切都清晰了起来(比如 Calder 在 2000 年的论文):颞上沟并不是我们想找的,它更多负责社会兴趣。在 80 到 90 年代,科学家们一直试图寻找处理面孔的核心模块,但是只能找到大致的区间(通过分析脑损伤病人),但是一直没有找到让人信服的证据。

而我们要找的地方在哪儿呢?Kanwisher 通过反复,大量的核磁共振实验在 1997 年告诉世人,应该在下颞叶区域的梭状回那块地方。虽然之后还有多次争论,但是我们基本可以确定,梭状回面孔区就是我们要寻找的那个区域。

但这就是结束了么?还没有。上述的定位还是极为粗糙的研究范式:大脑非常复杂,我们其实没有搞清楚运行方式。比如说大脑区域之间的连接性对于处理有多少影响?梭状回面孔区到底如何编码?为什么梭状回面孔区有如此特别的处理特性? 这些问题现在还没有统一回答。但是比如 Leopold 和 Rhodes 教授通过 adaptation 这样的行为实验也在给我们一些解释:编码方式可能是利用比对中心模板。

似乎这一切都没有定论,那我到底在为大家介绍什么?

我觉得,被修正的常识就是:都不要说大脑,视觉过程实在太过复杂。我们的视觉能力太强,以至于我们科学家会严重低估我们面前问题的难度与复杂性。随着研究展开,内容的复杂性成指数性增长。在自然面前,科学家们更加严谨与谦卑。随着越来越多年轻科学家的加入,感觉没准我们能往目标更早跨越一步。

这就是这三十年的研究对于我们面孔视觉研究最大的帮助:不只是知识体系的更新,更有对于目标和难度的重新调整。每个学科都是如此。

共勉。

希望您对认知神经科学以及视知觉和面孔识别能有兴趣!


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