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我們?nèi)绾位貞浧鹉棠痰男θ?？大腦在哪里儲(chǔ)存記憶？
什么是祖母細(xì)胞？
祖母細(xì)胞是一種假想的神經(jīng)元，由波蘭神經(jīng)學(xué)家杰澤科諾爾斯基于1968年首次提出。
外婆出現(xiàn)時(shí)，在數(shù)十億個(gè)看不到邊緣的神經(jīng)元中，有一個(gè)神經(jīng)元被點(diǎn)亮了，那就是外婆細(xì)胞。
祖母細(xì)胞假說(shuō)認(rèn)為，“祖母”神經(jīng)元只有在某些概念出現(xiàn)時(shí)才會(huì)被激活。比如一個(gè)神經(jīng)元對(duì)奶奶負(fù)責(zé)，當(dāng)我們看到奶奶，聽到奶奶的聲音，回想起奶奶的聲音和笑容，這個(gè)神經(jīng)元就會(huì)被激活。如果負(fù)責(zé)祖母的神經(jīng)元不幸死亡，我們就認(rèn)不出祖母了。
祖母細(xì)胞只負(fù)責(zé)一個(gè)單一的概念或想法，一個(gè)想法只由一個(gè)神經(jīng)元攜帶，攜帶不同想法的神經(jīng)元之間沒(méi)有重疊。形象地說(shuō)，祖母細(xì)胞就像電腦鍵盤，每個(gè)鍵只編碼一個(gè)字母。
祖母細(xì)胞就像鍵盤按鍵，一個(gè)細(xì)胞只編碼一個(gè)概念
詹妮弗安妮斯頓神經(jīng)元
祖母細(xì)胞還有一個(gè)名字，叫珍妮弗安妮斯頓神經(jīng)元。詹妮弗安妮斯頓是出生于美國(guó)加州的著名女演員。她在情景喜劇《老友記》中扮演瑞秋格林而走紅。祖母細(xì)胞是以她的名字命名的，這源于加利福尼亞大學(xué)科學(xué)家弗里德2005年進(jìn)行的一項(xiàng)研究。這項(xiàng)研究是祖母細(xì)胞假說(shuō)最重要的支持證據(jù)之一。
弗里德對(duì)癲癇患者的大腦進(jìn)行了這項(xiàng)研究。
癲癇是大腦神經(jīng)元的突然異常放電
癲癇是大腦神經(jīng)元突然異常放電，可導(dǎo)致短暫的腦功能障礙。大多數(shù)癲癇是可以用藥物控制的，但有些不能。這些患者可以選擇移除癲癇病灶來(lái)控制病情。
癲癇病灶是大腦中癲癇的起點(diǎn)。癲癇病灶的定位通常依賴于一些非侵入性的腦成像方法，如磁共振成像(MRI)、腦電圖(EEG)、腦磁圖(MEG)等。如果非侵入性手段不能定位癲癇病灶，則需要侵入性手段來(lái)幫助定位癲癇病灶。通常根據(jù)定位要求，將電極插入患者大腦表面或內(nèi)部的某個(gè)位置，記錄癲癇開始時(shí)大腦某個(gè)位置的放電，以確定癲癇病灶。
在大腦中植入電極以定位癲癇病灶
這為腦科科學(xué)家直接研究人腦提供了很多機(jī)會(huì)，但這些機(jī)會(huì)是必然的。
那一年，科學(xué)家弗里德聚集了八名癲癇患者，他們都在顳葉內(nèi)側(cè)埋有電極。因此，科學(xué)家可以記錄內(nèi)側(cè)顳葉的神經(jīng)元放電。內(nèi)側(cè)顳葉包含關(guān)鍵的記憶相關(guān)腦區(qū)，如海馬和內(nèi)嗅皮層。
科學(xué)家在海馬體中記錄了一個(gè)神經(jīng)元，只有當(dāng)病人看到杰澤科諾爾斯基的信息時(shí)，它才會(huì)放電，但是當(dāng)他看到其他演員或場(chǎng)景時(shí)，它不會(huì)做出反應(yīng)。杰澤科諾爾斯基神經(jīng)元得名。
除了杰澤科諾爾斯基神經(jīng)元，科學(xué)家還在患者的內(nèi)側(cè)顳葉發(fā)現(xiàn)了哈利貝瑞神經(jīng)元(哈利貝瑞也是美國(guó)著名女演員)、悉尼歌劇院神經(jīng)元等等。
這些神經(jīng)元的性質(zhì)復(fù)雜而單一。復(fù)雜的是他們對(duì)哈莉貝瑞的側(cè)臉、正面、線條抽象畫甚至名字等特定人物都有強(qiáng)烈的反應(yīng)。唯一的一點(diǎn)是，它只回應(yīng)哈莉貝瑞的信息，而不回應(yīng)其他人或事。
哈莉貝瑞細(xì)胞僅響應(yīng)哈莉貝瑞信息(陰影部分)
這是祖母細(xì)胞假說(shuō)的有力證據(jù)。此外，另一項(xiàng)類似的研究也發(fā)現(xiàn)，癲癇患者內(nèi)側(cè)顳葉的部分神經(jīng)元只對(duì)克林頓的畫像有反應(yīng)，而對(duì)其他47位名人的畫像沒(méi)有反應(yīng)。
但是，這些實(shí)驗(yàn)只能說(shuō)是為祖母細(xì)胞提供了證據(jù)，卻不能證明祖母細(xì)胞真的存在于大腦中，因?yàn)榭茖W(xué)家并沒(méi)有遍歷病人認(rèn)識(shí)的所有人。也許，杰澤科諾爾斯基神經(jīng)元不僅對(duì)杰澤科諾爾斯基有反應(yīng)，對(duì)章子怡和鞏俐也有反應(yīng)，但科學(xué)家并沒(méi)有用章子怡和鞏俐的信息來(lái)檢驗(yàn)。此外，這些實(shí)驗(yàn)不能證明只有一個(gè)神經(jīng)元對(duì)杰澤科諾爾斯基有反應(yīng)，也許十個(gè)神經(jīng)元中有八個(gè)，但科學(xué)家沒(méi)有記錄下來(lái)。
面部識(shí)別領(lǐng)域的祖母細(xì)胞
只對(duì)人臉有反應(yīng)的神經(jīng)元集中在下顳葉皮層(IT)。與海馬不同，下顳葉屬于視覺通路，只對(duì)視覺刺激有反應(yīng)，對(duì)聽覺、詞義等信息無(wú)反應(yīng)。
獼猴的下顳葉(IT，粉紅色部分)
在面部識(shí)別領(lǐng)域，祖母細(xì)胞假說(shuō)是指一個(gè)神經(jīng)元只負(fù)責(zé)處理特定人的面部信息。比如祖母細(xì)胞只對(duì)祖母的頭部有反應(yīng)，無(wú)論是祖母的正面、側(cè)面還是背面，抽象畫還是素描，只要是祖母的臉，都會(huì)激活神經(jīng)元。當(dāng)然，也有父細(xì)胞和母細(xì)胞.
神經(jīng)元編碼一個(gè)人的臉
祖母細(xì)胞假說(shuō)有一些實(shí)驗(yàn)證據(jù)。在恒河猴中，下顳葉中神經(jīng)元只對(duì)面部做出反應(yīng)的區(qū)域被稱為“面部斑塊”。在恒河猴的臉貼中，有一個(gè)區(qū)域叫做AM，這個(gè)區(qū)域的神經(jīng)元是被特定的面孔激活的，而其他面孔是不能被激活的。而且無(wú)論人臉呈現(xiàn)什么角度、位置、大小，神經(jīng)元都會(huì)被激活。
獼猴大腦下顳葉和面部斑塊(側(cè)視圖)
然而，祖母假說(shuō)的光環(huán)背后隱藏著一片烏云。
雖然面部細(xì)胞只對(duì)特定的面孔做出反應(yīng)，但具體的面孔不是一個(gè)而是幾個(gè)。更讓人意想不到的是，這些面孔截然不同。如果這些面孔與父親、兒子、兄弟有關(guān)，祖母細(xì)胞假說(shuō)還是可以解釋的，畢竟他們長(zhǎng)得很像。偏偏這幾張臉好像沒(méi)有相似之處。
這很棘手。祖母細(xì)胞假說(shuō)在人臉識(shí)別領(lǐng)域陷入了不可調(diào)和的困境。
其實(shí)奶奶的細(xì)胞假說(shuō)本身就有缺陷。如果大腦真的用這種方式編碼信息，那么能被編碼的東西就很少了。如果一個(gè)腦區(qū)有一億個(gè)神經(jīng)元，那么它最多只能編碼一億個(gè)東西。但是我們生活中需要區(qū)分的人、物、場(chǎng)景、時(shí)間等因素的組合，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)大腦神經(jīng)元的數(shù)量。這就是祖母的細(xì)胞假說(shuō)無(wú)力的地方。
摘要
外婆的細(xì)胞理論很科幻，很迷人，但是有缺陷。而且在面部識(shí)別領(lǐng)域，祖母細(xì)胞無(wú)法解釋面部識(shí)別細(xì)胞的本質(zhì)。因此，大多數(shù)科學(xué)家一直對(duì)祖母細(xì)胞假說(shuō)持懷疑態(tài)度。根據(jù)祖母細(xì)胞假說(shuō)，科學(xué)家提出了分布編碼理論。顧名思義，這個(gè)假設(shè)認(rèn)為信息不是存儲(chǔ)在一個(gè)神經(jīng)元中，而是分布在神經(jīng)元組之間。下面的文章會(huì)更詳細(xì)的介紹。