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科技破譯老鼠面部表情 人類表情神經(jīng)元有望精確定位
2020年04月08日 16:01:19
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：7824
眾所周知，我們?nèi)祟愖陨淼南才返鹊雀鞣N或消極或積極或平靜的內(nèi)心情緒往往通過面部表情自然而然地流露出來。而也正是這些生動(dòng)傳神的面部表情，我們能夠據(jù)此觀察和了解自身內(nèi)心深處的真實(shí)情緒、情感的表達(dá)。事實(shí)上，從科學(xué)角度來看，人類之所以會(huì)有豐富的面部表情，與大腦中編碼特定表情的神經(jīng)元有關(guān)。
【化工儀器網(wǎng) 時(shí)事熱點(diǎn)】眾所周知，我們?nèi)祟愖陨淼南才返鹊雀鞣N或消極或積極或平靜的內(nèi)心情緒往往通過面部表情自然而然地流露出來。而也正是這些生動(dòng)傳神的面部表情，我們能夠據(jù)此觀察和了解自身內(nèi)心深處的真實(shí)情緒、情感的表達(dá)。事實(shí)上，從科學(xué)角度來看，人類之所以會(huì)有豐富的面部表情，與大腦中編碼特定表情的神經(jīng)元有關(guān)。
據(jù)了解，人類大腦中擁有四通八達(dá)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，這些龐大的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)組織是儲(chǔ)存特定記憶的所在，是掌控人類一切行為習(xí)慣的中樞機(jī)構(gòu)。而大腦中除了擁有編碼特定表情的神經(jīng)元外，還有控制人類運(yùn)動(dòng)、平衡能力等的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，以及使人類擁有學(xué)習(xí)能力、認(rèn)知能力、模仿能力的鏡像神經(jīng)元。一旦這些神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)受損，人體就會(huì)缺失某項(xiàng)機(jī)能，難以正常生活。在一類神經(jīng)元疾病中我們?cè)缬卸劦谋銓贊u凍癥了。該項(xiàng)疾病是由于人體大腦中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元受損所致?；颊叩纳眢w肌肉會(huì)逐漸萎縮和無力，以至癱瘓。由此可見，神經(jīng)元對(duì)于我們?nèi)祟惖恼Ｐ袨榱?xí)慣具有重要意義，對(duì)其進(jìn)行深入研究是攻克人類罹患多種神經(jīng)性疾病的重要方向。
然而，在千萬年來的演化進(jìn)程中，現(xiàn)代人類的大腦已經(jīng)不同于原始人類，擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，故而揭秘大腦的奧秘并非易事。僅就大腦中編碼表情的神經(jīng)元而言，對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)定位就已經(jīng)是困難重重了。不過，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，相關(guān)的研究探索正在如火如荼地進(jìn)行中。
近日，德國馬普學(xué)會(huì)神經(jīng)生物學(xué)研究所的神經(jīng)學(xué)家Nadine Gogolla領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》上發(fā)表了一項(xiàng)研究。該項(xiàng)研究成果表明，研究人員們通過利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法破譯實(shí)驗(yàn)室老鼠令人百思不得其解的面部表情。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)或?qū)⒂兄诰_定位人體大腦中掌控特定表情的神經(jīng)元。
那么為何要通過研究動(dòng)物的面部表情來間接揭示人類面部表情的神經(jīng)元運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制呢？事實(shí)上，早在大約150年，提出生物進(jìn)化論的著名生物學(xué)家達(dá)爾文就曾指出，動(dòng)物的面部表情和人類一樣，是揭示情緒的窗口。不過，當(dāng)時(shí)礙于科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制，相關(guān)的研究還難以展開。近些年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，各類先進(jìn)的科學(xué)儀器紛紛問世，研究人員們借助于顯微鏡、照相機(jī)和基因測(cè)序等高科技，捕捉和分析動(dòng)物的面部運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而研究情緒的產(chǎn)生機(jī)制。
在上述新研究當(dāng)中，研究人員們首先將老鼠的頭部固定不動(dòng)，然后對(duì)老鼠進(jìn)行不同的感官刺激，再利用照相機(jī)拍攝觀察老鼠的面部表情。當(dāng)然，僅靠觀察老鼠的面部表情，科學(xué)家們并不能準(zhǔn)確得知這些表情背后所代表的真實(shí)情感含義。隨后，研究人員們利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法識(shí)別出由特定的面部肌肉群運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的不同表情，由此觀察面部表情可以避免實(shí)驗(yàn)者的主觀偏見。接下來，研究人員利用光遺傳學(xué)技術(shù)在大腦中探尋編碼這些情緒的腦細(xì)胞。后，研究團(tuán)隊(duì)使用雙光子鈣成像技術(shù)識(shí)別老鼠大腦中的單個(gè)神經(jīng)元。神經(jīng)學(xué)家Gogolla推測(cè)，大腦對(duì)情感的編碼是進(jìn)化保守的，因此人類和老鼠的編碼可能有一些共同特征。
科學(xué)研究層層遞進(jìn)，抽絲剝繭，在人類肉眼看不到的復(fù)雜神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中探尋摸索，試圖破譯面部表情背后的情緒形成機(jī)制。這是人類了解自身大腦運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制的一小步，更是科技發(fā)展的一大步。今后，在更多先進(jìn)儀器設(shè)備的助力下，相信我們會(huì)揭開大腦的更多奧秘。
資料來源參考：中國科學(xué)報(bào)、百度百科
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