當我們在城市街道上行走時，毫不費力地就能在人群中認出朋友的面孔。但這種看似容易的本領掩蓋了其認知的複雜性——所有的面孔都有眼睛、鼻子和嘴巴，且位置相對相同，並且可以帶有各種情緒表達。幾十年來，科學家們一直在爭論我們識別人臉能力的基礎：是人類大腦進化出了專門的面孔處理機制，與其他處理物體的區域不同，還是他們使用廣泛的、多用途的網路處理所有物體，僅僅發展出對面孔的專業知識。兩項實驗現在透過揭示一個確實專門用於面孔的獨特網路，澄清了這場經年累月的爭論。
在 20 世紀 90 年代後期，腦成像研究表明，顳葉（人類大腦中負責物體識別的部分）的離散區域在人們觀察面孔時比觀察任何其他事物時更活躍。然而，尚不清楚這些區域是否真的包含專門由面孔觸發的細胞，還是它們更廣泛地做出反應——例如，被與人相關的任何物體或需要關注細節的事物啟用。
幾年前，Doris Tsao 和她當時在哈佛醫學院的同事解決了這個問題。她在猴子身上找到了專門的“面孔補丁”，並發現這些補丁中充滿了僅對面孔做出反應的神經元。“我們證明了它們是高度專業化的區域，”Tsao 說，她現在在德國不萊梅大學工作。“但我們仍然不知道它們是如何工作的——是每個補丁都是獨立的，還是它們都參與一個統一的迴路。”
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因此，Tsao 勇往直前，使用腦成像和單細胞刺激這兩種技術上令人印象深刻的組合。她和她的研究生 Sebastian Moeller 使用電極探測特定面孔補丁中的神經元，同時使用功能性磁共振成像 (fMRI) 觀察大腦的其餘部分。今年早些時候，他們報告發現面孔補丁緊密且特異性地相互連線：刺激一個面孔補丁幾乎只啟用其他面孔補丁，而刺激面孔補丁之外的區域僅啟用非面孔區域。
“這真的讓我震驚，”哈佛醫學院的神經生物學家 Margaret Livingstone 說，她監督了 Tsao 早期的工作。“不同面孔補丁之間的連線非常精確，面孔補丁到面孔補丁，這表明這是一個非常特殊的系統，它有自己的解剖結構，完全獨立於所有其他物體。”
然後，Tsao 將目光投向額葉，額葉將感覺資料轉化為目標導向的行為。“我們不僅僅感知面孔——我們還會對面孔做出反應，”她解釋道。“我們確定他們的情緒表達，將他們儲存在我們的記憶中，將他們歸類為朋友或敵人。”因此，她認為，額葉中可能存在面孔補丁。
使用 fMRI，Tsao 發現了三個離散的面孔補丁。一個補丁位於眶額皮層，該皮層評估情緒和社會行為。進一步的測試表明，情緒化的面孔比中性的面孔更能激發這個補丁，表明它可能在解釋情緒表達方面具有特定作用。（相比之下，顳葉中的面孔補丁對情緒化的面孔沒有不同的反應。）事實上，額葉損傷會使受害者能夠認出人，但無法評估他們的情緒。
Tsao 現在希望確定每個補丁如何對面部處理做出貢獻。她推測它們可能形成一個功能等級——例如，一個補丁可能檢測面孔，然後其他補丁會加入進來，報告檢測到，例如，男性面孔或驚訝的面孔。她強烈懷疑這些後來的補丁可能會與內側顳葉進行通訊，2005 年，加州理工學院的 Christof Koch 在該區域發現了專門對特定個體（例如演員 Halle Berry）做出反應的神經元。Tsao 的發現暗示了逐步處理，從而產生能夠編碼像特定人這樣複雜實體的神經元。
“這些區域都是相連的，”Koch 評論道。“你不僅能看到 Halle Berry，還能看到她是否生氣，或者她是否在看著你。這是一個專門用於面孔的迴路，它從大腦後部一直延伸到最前面。”Koch 補充說，這種面孔處理的專業化對我們的生存至關重要。“無論你是嬰兒、老人，還是盯著地板的書呆子，都無關緊要。你都是社會生物，而面孔很重要。”
注意：本文最初印刷時的標題為“面孔補丁”。