灵长类动物可以通过新发现的大脑回路以惊人的速度用眼角余光检测面部。
脑部扫描显示,当恒河猴(猕猴)在它们的周边视觉中捕捉到一些东西,模糊的图像会在不到 40 毫秒的时间内被归类为一张脸或一个物体,甚至在动物将目光转向获得正确的、有辨别力的观察。
信息的快速传递是通过一种古老的进化“捷径”进行的,这种捷径被称为上丘,从眼睛到视觉皮层的早期部分,再到中脑的一部分。该回路与大脑中识别熟悉面孔的部分不同,后者涉及一条更长的回路,流经灵长类动物视觉皮层的“较年轻”部分。
例如,人类的大脑可以认出熟悉的面孔在首次出现后约 380 毫秒内就会出现在他们的视觉中心,比他们检测到陌生面孔的速度快约 80 毫秒。
较短的电路需要的时间更少,但只能检测到漂浮在周围类似脸的东西。
虽然研究人员不确定上丘神经元在人类中是否发挥与在猕猴中相同的作用, 他们是已知让人类幼儿能够追踪面部表情并对情绪刺激做出反应。
“这个新发现的回路解释了我们如何能够快速检测和观察面部,即使它们首先出现在视觉敏锐度较差的周边视野中。”解释美国国立卫生研究院(NIH)的神经科学家理查德·克劳兹利斯(Richard Krauzlis)。
“这个回路可以聚焦面部,帮助大脑学会识别个体,理解复杂的面部表情,帮助我们获得重要的社交互动技能。”
在实验中,美国国立卫生研究院的研究人员扫描了两只猕猴的大脑,以观察当向它们展示猴脸、人脸、身体、手、水果或蔬菜或人造物体的图像时哪些神经元被激活。
这些图像被放置在猴子中央视野的外部,因此通过已知的面部识别大脑回路无法清楚地看到它们。
最终,美国国立卫生研究院的研究小组计算出上丘有 140 个神经元对周围其他猴子的面孔反应最强烈。
汇总结果后,研究小组发现,两只猴子在图像显示后仅 30 毫秒就能区分人脸和非人脸。到 50 毫秒时,这种区分的准确率已达到 80%,到 90 毫秒时,准确率达到 92% 的峰值。
相比之下,两只猴子的上丘区分有生命物体和无生命物体的准确率只有 75%,时间大约在图像显示后 65 毫秒。
对物体的反应较慢表明,需要更高阶的皮质区域来有意识地理解眼睛所看到的东西。另一方面,看起来像是属于脸部的特征会绕过较长的路径,并立即触发中脑中的神经元。
这一发现有助于解释为何新生儿尽管视觉皮层中还没有形成“面部斑块”(专门用于检测面部的神经元集合),也没有形成为每张熟悉的面孔编码信息的独特神经元模式,却仍会注视面部。
新发现的回路也有助于解释为什么一些灵长类动物以极快的速度向其他面孔定向,而这种速度无法用它们的贴片神经元来解释。“虽然速度较慢,但对面部的辨别能力更强。”
美国国立卫生研究院的研究人员现在想调查人类中是否存在同样的面孔偏好回路。
“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。”说克劳兹利斯。
“如果是这样,上丘面部偏好的缺陷可能在以下方面发挥作用:“”。
该研究发表于神经元。