作者:郝鑠綜合報道 來源: 發布時間:2017-1-23 22:13:36
“最強大腦”背后的腦科學

 
歲末年初,在AlphaGo化身神秘“網絡棋手”Master,以60連勝之不敗戰績橫掃人類圍棋界后,在2017年新開播的第四季《最強大腦》首場“人機大戰”中,百度人工智能機器人“小度”,也成功戰勝有“腦王”之稱的人類選手王峰。
 
此次人機競賽的項目是“人臉識別”,要匹配年齡跨度較大的數十張童年照片與現場數十名嘉賓觀眾。有專家表示,這對人工智能而言難度較大,因為機器沒有直覺,只能依靠分析數據進行學習。同時,整容、化妝、戴美瞳等因素都有可能影響人工智能識別的準確率。
 
那么,人類在“人臉識別”領域的能力究竟如何?2017年1月6日,發表在《科學》雜志的一項研究顯示,人類的人臉識別能力會隨年齡增長而有所增強。
 
年紀越大越靈光
 
如果你因自己的社交圈越來越大而擔憂,大可不必。你的大腦可以記住所有這些新面孔,因為在我們的大腦中,有一塊區域在成年后仍在增長。
 
這項發現令人震驚,因為大腦在成熟后,其大部分變化都需要修改神經元之間的現有連接。但是近期由美國斯坦福大學醫學院所領導的團隊發現,腦部掃描顯示,腦皮層中的梭狀回區域會隨著年齡的增長而顯著增大。
 
梭狀回被認為對人臉識別有所貢獻,而成人的這種識別能力遠優于兒童。他們對47位不同年齡的人進行腦部掃描,發現在考慮了每個大腦整體大小有所不同的情況下,成年人在該區域的腦物質比兒童要多出12.6%。
 
“讓人感到驚訝的是,這些改變涉及到的是一個不同的機制,擴張而非修剪。”Kalanit Grill-Spector的團隊領導了此次研究發現。此前,人們一直認為幾乎所有的大腦改造都出現在嬰兒期、兒童期和青少年期。
 
Grill-Spector 表示,梭狀回的改變似乎只存在于人類身上,而且可能反映了人臉識別在人們生活中的重要性,特別是成年之后。“我們在不斷地擴張社交圈。進入高中或大學后,我們已經知道成千上萬個人。我們這一輩子都在繼續認識新面孔。”
 
該團隊將人臉識別區域與位置識別區域進行對比后發現,后者在所有年齡段都保持同樣大小。
 
“我們早期的工作顯示,位置和物體識別的發展遠(比人臉識別)要早。但是人臉識別在整個青少年期都在繼續發展,而且這種識別非常困難,因為它只依靠發現面部變化的細微差別來分清每個人。”Grill-Spector表示。
 
在人的一生中,大多數腦部變化都包括修剪神經元之間的連接。“修剪的作用獲得了大量的關注,但是這些新結果顯示,組織增生在腦皮層的微調中也起到一定作用。” 美國新罕布什爾州達特茅斯學院的Brad Duchaine表示,大腦中人臉識別區域的增長遲緩可能會導致自閉癥,或讓人無法識別人臉。
 
可習得的“最強大腦”
 
那么,《最強大腦》節目中看似匪夷所思的大腦能力的背后,到底有怎樣的科學背景呢?普通大眾又能否習得這種“腦力”呢?《中國科學:生命科學》于2016年第10期發表了由北京大學魏坤琳、方方擔任通訊作者撰寫的點評文章。
 
以“捕風者”曹全全為例,他挑戰的是在一個電影片段中插入另一部電影的一幀,他需要分辨這一幀畫面來自于哪部電影。膠片電影的放映速度是每秒24幀,一般人只能看到畫面“閃”了一下,而曹全全則可以在此期間分辨出畫面內容,再判斷該畫面來自于哪部電影,其毫秒級別的視覺辨別能力令人驚嘆。
 
然而事實上,普通人的視覺系統在經過足夠的練習后,幾乎都可以具備這種辨別能力,這在心理學研究領域中被稱為“知覺學習”。
 
在知覺學習的經典實驗范式中,Karni和Sagi最早使用的紋理辨別任務(TDT)與曹全全的挑戰最為相似,兩者同樣都是在極短時間內呈現刺激然后進行視覺辨別和判斷。實驗結果證明,通過約10天的知覺學習訓練,便可讓每個普通人具備類似的視覺辨別能力。
 
除了紋理辨別任務外,知覺學習還可以通過訓練提高人們對其他基本視覺特征的辨別能力,包括視覺對比度、空間視敏度等。除了視覺外,觸覺和聽覺也存在知覺學習效應,如通過訓練提高手指對振動頻率的辨別能力,以及聽覺系統對聲音時長的辨別能力等。
 
蘇清波所挑戰的“奔跑的力量”,被嘉賓認為是《最強大腦》第三季難度最高的項目。50位奔跑者在巨型廣場上自由跑動15分鐘,選手需要在此期間內同時觀察和記憶50條奔跑路線,隨后繪制出嘉賓指定的任一條路線。 蘇清波在此展現的是遠遠超過常人的多客體追蹤能力。
 
在日常生活中,人們常常需要同時關注和追蹤多個物體。足球運動員必須追蹤隊友和對手的跑位以及球的位置;警察需要同時追蹤人群中多個個體的行動,找出潛在安全隱患。近30年來,科學家針對多客體追蹤背后的心理機制做了大量探索,發現了一些行為及腦成像方面的規律。
 
他們認為,多客體追蹤和視覺注意密切相關。人腦的注意資源是有限的,如果將注意比作一盞聚光燈,那么我們的聚光燈在同一時刻只能照亮視野中的一小塊區域。
 
然而多客體追蹤的研究暗示,人類的注意可能是多盞聚光燈在并行工作,照亮視野中的不同區域,這一假說被稱為“多焦點注意”。另一部分研究者認為,人腦注意的焦點只有一個,但是可在不同物體之間切換,注意是在物體的視覺索引間進行切換,索引形成于早期視覺加工階段,這一假說被稱為“切換模型”或“前注意索引理論”。以上兩種學說均有充分的實驗證據支持。
 
多客體追蹤是否可能被學習?心理學家的答案是肯定的,但需要長時間或在特定條件下的訓練。2006年,Green和Bavelier發現電子游戲玩家的追蹤容量比非玩家多2項,這可能與玩家在游戲中需主動分配注意資源有關。隨后他們讓非游戲玩家進行一個月的“第一人稱”射擊游戲訓練,結果發現長時間的注意訓練顯著提高了多客體追蹤容量!
 
《科學新聞》 (科學新聞2017年1月刊 科學傳播)
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