我们的大脑如何发展面部识别技能：新的面部检测大脑回路

“快速识别面部是人类和其他灵长类动物的一项关键技能，”美国国立卫生研究院国家眼科研究所 (NEI) 的理查德·克劳兹利斯博士和这项研究的资深作者说。“这个新发现的回路解释了我们如何能够快速检测和查看面部，即使它们首先出现在视力较差的周边视野中。这个回路可能是聚焦面部的机制，帮助大脑学会识别个体并理解复杂的面部表情，帮助我们获得重要的社交互动技能。”

成年灵长类动物的大脑颞叶皮层会形成一个特殊的区域，称为“面部斑块”，它能够通过面部特征识别和区分个体。然而，面部识别依赖于眼睛高敏锐度中央视觉提供的精细细节；为了识别一张脸，我们首先必须直视它。

婴儿出生时缺乏辨别面部细节所需的高敏锐度视力，而大脑皮层中与面部相关的特定区域直到后来才发育。即便如此，婴儿通常很早就能辨别方向并观察面部，这表明还有另一个过程在起作用。

这些观察结果让科学家们产生了一些疑问，包括：大脑如何将视线转向面部以更好地观察细节？在大脑的“面部斑块”形成之前，是什么导致了这种面部偏好？大脑的“面部斑块”最初是如何发展出理解面部的能力的？

Krauzlis 及其同事假设，上丘（已知可以探测物体）可以提供缺失的环节。上丘是中脑的一部分，它告诉大脑其他部分某处是否存在某物——不是物体是什么，而只是它在那里。上丘功能极其迅速，直接与大脑的运动部分相连，引导眼睛向感兴趣的物体移动，或者在周边视觉中避开物体。

为了测试上丘是否能特别帮助进行人脸识别，共同第一作者 Gongchen Yu 博士和 Leor Katz 博士收集了一系列图像，包括人脸、非人脸生物物体（如手和手臂）以及其他物品（如水果或人造物品）。然后，他们将这些图像展示给成年猴子的周边视野，并记录了上丘的神经元反应。

先前的研究表明，上丘对物体的检测与物体无关，这意味着大脑的这一部分只是注意某物的存在或不存在，而不区分那是什么。然而，在这项研究中，Krauzlis 及其同事发现，在 40 毫秒内，他们测量的超过一半的神经元对面部图像的反应比对其他类型物体的反应更强烈。一些额外的神经元最终显示出对其他类型物体的偏好，但直到 100 毫秒才出现。换句话说，面部特定检测比对其他物体的检测快得多，并且被大部分测量神经元所偏好。

研究人员还确定，虽然上丘可以直接从眼睛接收视觉信息，但该物体检测过程却需要首先从视觉皮层早期部分输入信息。

由于上丘后来也在视觉处理通路中重新连接到视觉皮层，科学家怀疑该回路提供了一种强调某些物体重要性的机制。

“我们相信，这种面部偏好回路实际上可能推动大脑更先进的面部识别过程的发展，”克劳兹利斯说。“如果是这样，上丘面部偏好的缺陷可能在自闭症中扮演着一个角色。”

这项研究由 NEI 内部项目资助。除了共同主要作者 Yu 和 Katz 之外，Christian Quaia 博士和 Adam Messinger 博士也参与了这项研究。