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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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认识你,来自先天还是后天?  

2012-12-11 16:24:56|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:量子熊猫

我们每天都在辨认物体,我们知道哪些是食物,哪些是工具,我们能辨识汽车和行人,辨认建筑物和自然景物……这是我们最基本的认知能力之一。但如果要评比哪一种能力最为与众不同,面孔一定名列前茅。

毫无疑问,面孔识别在日常生活中是一项非常重要的社会技能,我们主要就是靠面孔来认识其他人和获得大量社会信息的。仅仅靠面孔,我们就能了解一个人的性别、情绪状态等一系列信息。

你也许会说,这不算什么,现在一些电脑已经具备了近似能力,能用面孔识别来辨认主人。但是和人类相比,这只是雕虫小技:我们可是能依靠面孔区分熟人和陌生人,识别明星和偶像,识别一面之缘的人;我们把一张张面孔和一个个名字对应,我们还能依据面孔提取一系列个人身份……这些能力,依靠一定的神经机制。

1988年,时任美国纽约城市大学教授的杰瑞·佛多(Jerry Fodor)等神经科学研究者提出,大脑就像一把瑞士军刀,是一个由各种专门设备组成的多用途工具,有很多独立的功能模块。面孔识别就是其中一把合用强大的开锁器,帮助我们打开人际交往之锁。那么,面孔识别是一种独特的认知能力,还是共同能力的一部分呢?

大脑开锁器?

早在1969年,罗伯特·印(Robert Yin)等学者发现了“面孔倒置效应”——如果将建筑或者面孔的图片倒过来,辨认的过程就会变得非常困难,而且,面孔的辨认尤为困难。而后续的研究发现,改变五官的局部特性对辨认没什么影响,但是一旦面孔倒置,辨别需要的时间立刻增加。针对这一现象,有部分科学家认为,面孔识别并非大脑逐一对面孔的五官、脸型等特征进行识别,而是将面孔当作一个整体,可能使用了和辨别其他物体不同的脑机制,即所谓的整体性加工。事实上,这种加工方式免除了对于繁琐细节的记忆,加快了加工速度,在进化中有着重要意义。

时任英国兰卡斯特大学教授安迪·杨(Andy Young)等科学家则进行了另一项实验。他们将一张面孔从中间横切,与另一张面孔拼接在一起,结果发现,当两张脸严丝合缝地在一起时,想认出上面一张是谁非常困难;但只要把两张脸挪开一点,辨认起来就会容易很多。这进一步证明了面孔识别的整体性。

这么看来,大脑中存在特定的方式来帮助我们识别面孔,这个方式和我们分辨一本书、一支笔的方式是不同的,它不会分析组成面孔的原件,而是特别针对整个面孔。甚至,在新生儿身上,也能观察到这样的能力——刚出生的小孩就会用更长的时间盯住一个与面孔接近的图形,而对那些与面孔不同的则仅关注较短的时间。

这些无懈可击的例子似乎指出,大脑中确实存在一个特定的功能模块,专门负责处理面孔信息,这个模块好像一把开锁器,打开了我们识别面孔,进行社会活动的大门。

每个人脑中都有一个专家

我们几乎就要确定,演化为我们塑造了一把大脑瑞士军刀,其中的面孔识别区域与生俱来,甚至和其他客体识别的能力单独存在。

但是,等等,1986年,时任麻省理工学院脑与认知科学系教授苏珊·凯瑞(Susan Carey)曾提出不同意见,1997~2000年间,耶鲁大学心理系伊丽莎白·高瑟(Isabel Gauthier)等人也提出了类似观点。他们提出的专家理论(Expertise theory)认为,客体识别有两个层次:初级水平的辨别中,我们能分辨这是一本书,而不是一张桌子;但是,只有到了高级水平的辨别,我们才能分辨出这是桌子甲,不是桌子乙。而对我们来讲,则存在两种识别者,新手和专家。新手仅仅通过局部信息识别物体,比如需要通过色泽、轮廓等分辨动物,而专家则以来整体信息,瞥上一眼就能通过整体信息识别出某物。

相对而言,面孔的识别主要是高级水平的加工,我们很少需要分辨某物是面孔还是其他东西,倒是经常需要分辨不同的面孔。同时,面孔识别在我们的生活中实在太过重要,我们从出生不久就在进行面孔识别的训练。这样一来,对于面孔识别,我们每个人都是专家,而这又是一个高级水平的加工任务,因此自然表现的与对其他物体的识别不同。

这样的理论自然需要实验证据,1993年,时任美国奥伯林学院教授的吉姆·田中(James Tanaka)测试了鸟类专家、狗类专家和汽车专家。这些人是实实在在的专家,他们的工作就是与鸟类、狗或者汽车打交道。时间一长,他们对特定客体的辨别能力也变成了专家水平。结果出乎意料,他们在辨认自己熟悉的物体时,也表现了出了倒置效应,而且辨认时间长于辨认一般物体。更有甚者,高瑟干脆制造了一种人工物体Greeble。通过训练,普通人也会变成“Greeble 专家”。有趣的是,这些“专家”在辨认Greeble时,也会表现出整体效应。


[人工物体Greeble]

基因分享者

近年来,以上两种理论都不断提出新的证据,支持双方的实验研究都不在少数。但是,这种争论正越来越走入死胡同——新的证据越来越多,但也越来越庞杂,似乎我们离问题的本质越来越远了。

让我们来仔细分析一下这两种思路。支持面孔的特异化加工的,实际上将面孔识别看作一种先天的能力;而专家系统则相反,我们识别面孔的能力是后天获得的。只要成了某种专家,则我们对对应客体的识别方式就和对面孔一样。

按照这个思路,我们不妨换一种证明方法,如果两种理论的区别在于先天和后天,这就又将回到一个认知科学的核心问题,遗传与环境之争。那么,遗传学的方法可能是解决这一问题的钥匙。

在2010年1月发布的《当代生物学》(Current Biology)上,刊登了一篇论文,通过这一思路给这一问题提供了新的解决方案。这篇论文的作者来自北京师范大学认知神经科学与学习研究所、中国科学院和美国麻省理工学院。这项主要由国人完成的研究对比了来自北京中小学的180余对双胞胎,通过测量他们面孔识别能力的差异和相关,进一步逼近了这一问题的答案。

我们知道,双胞胎分两种,同卵双胞胎是一个受精卵分裂发育而来,基因相似度达到了100%;而异卵双胞胎是两个不同的受精卵发育而来,他们的基因相似度一般认为是50%。双胞胎的成长环境基本一致,我们可以认为,他们之间认知能力的差异更多的来自遗传而不是环境。

北师大刘嘉的实验室通过研究双生子的面孔识别能力,发现在集中不同的面孔的测试中,同卵双生子较之异卵双生子,互相之间的面孔识别能力更近似。这说明,面孔识别能力来自于先天而非后天训练。

目前,很多实验室正在追踪这一问题,并继续探索人类视觉、识别等能力的本质和神经基础。不知何时,我们才能彻底揭开面孔认知的秘密呢?


tip:

每个人辨识面孔的能力并不一致,有人连亲近的朋友也认不出来,另一些人却对大量的面孔有着近乎照相机的记忆力。

运用最新的技术功能性磁共振,科学家可以探查大脑在进行某项活动时,哪些脑区正在活动。而在观察面孔时,位于颞叶的梭状回高度激活,被称作梭状回面孔区(FFA,Fusiform Face Area)。这个区域不仅对面孔有高度特异的激活,而且即便是把面孔倒置,其活动程度也高于对一般物体的识别。梭状回面孔区如果因为疾病或者受伤损坏,病人可能会面孔失认,就是我们现在说的“脸盲症”。有的病人会难以识别熟人的面孔,不能通过看脸认出对方。还有一些病人患了一种更麻烦的疾病——客体失认症,他们无法辨别各种物体,但对面孔没有障碍。

本文发表于2012.8《新发现》杂志

勘误:原文中提到Nancy Kanwisher的观点一处,引用文献有误,我已经删除了。

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