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人长大了,识别人脸的大脑区域也在变大

对于社会性动物人类来说,社交的重要性不言而喻,而社交活动中必不可少的技能就是要认清别人的脸。不幸脸盲的话,真是会窘态百出。人似乎天生就对人脸的结构比其他图形更为敏感,小婴儿出生不久,就会对人脸格外感兴趣了。这项技能甚至会“溢出”——你有没有在墙上、家具上、蔬菜上看到人脸图形的经历?

针对这么重要的认知功能,大脑不敢马虎,专门指定了一个负责人脸识别的脑区,叫做梭状回(fusiform gyrus)。此前被科学界广为接受的事实是,从青少年到成年的发育成熟过程中,人类大脑皮层的体积是逐渐减少的,但最近《科学》(Science)杂志上的一个新研究却告诉我们,负责人脸识别的梭状回搞特殊,从儿童到二十多岁的成年,它的体积是不断增长的!

黄色区域即为梭状回。图片来源:wikimedia

大脑成长前传:断舍离

科学家们开始有规模地研究儿童和青少年大脑是如何发育的,历史并不长,也就十五年左右的时间。磁共振成像(MRI)技术的发展,让研究者不用再巴巴地等着稀有的脑标本,而是可以直接在电脑上看到各个角度的大脑图片。

早在1999年就有人发现,大脑前额叶的灰质体积从出生开始逐渐增加,12岁左右到顶峰,之后开始不断减少,直到成年。后来的研究在其他大脑皮层也发现了类似的发育规律,包括与记忆等功能相关的颞叶、脑运动区、脑感觉区等等。

大脑灰质减少乍听起来不太像件好事,其实不然。

灰质是什么呢?简单说就是大脑剖面看起来为灰色的部分,在显微镜下,会看到其中许许多多的神经元细胞之间互相连接和沟通,形成一个错综复杂的超级网络。可以想象,如果网络连接过于庞杂和混乱,会给信息沟通带来麻烦。所以大脑会逐渐像剪树枝一样修剪掉没有用的连接,使有用的连接更好成长。磁共振影像上看到灰质体积减少时,大脑实际发生的变化就是神经连接的修剪。这就好比断舍离,给神经连接做减法,带来的是更成熟的大脑结构和功能。这一结论后来被不断验证,目前已经是广为接受的关于大脑发育的事实。

但是,关于大脑发育的研究总是不缺意外。在1月发表的这篇文章里,格里尔-斯佩克特(Kalanit Grill-Spector)和她带领的斯坦福大学的研究团队报道,梭状回这个脑区的体积是随着年龄的增长不断增大的。

大脑成长新传:抽新枝

格里尔-斯佩克特和同事对22名儿童和25名成人做了大脑的形态扫描,以及完成面部识别任务时的功能扫描。通过功能扫描,他们确定了和面部识别相关的脑区,之后用定量MRI的分析方法对这一脑区(也就是梭状回)进行了定量分析。结果发现,成人组的梭状回实质体积要比儿童组大12.6%,而且年龄越大,这一脑区的实质体积越大

为了进一步证实从脑影像得到的结论,他们和德国同行合作,研究出了一种方法,把脑影像上看到的区域对应到实际的大脑标本上。通过这个方法,他们看到,随着年龄增长,梭状回脑区的确在发生组织增生。为了探讨这种变化是否具有特异性,研究者还同时观察了负责地点识别的脑区,结果发现,这一脑区却没有发生和年龄相关的变化。之所以选择地点识别区,一个原因是地点识别和脸部识别都属于视觉识别,功能上有相似性,而且地点识别也有明确的对应脑区,之前的研究也经常用二者进行比较。

前面说了,发育中的灰质体积减少伴随的是功能的成熟,那灰质体积增加又意味着什么呢?脑区大小和功能的关系从来不是那么简单。在这之前,我们已经知道,从儿童到成人,随着社交圈子越来越大,脸部识别能力也是逐渐提高和成熟的。而这个研究告诉我们,和大脑成熟过程中整体的灰质体积变化趋势不同,脸部识别功能成熟的基础,是相应脑区灰质体积的增加。研究者进一步分析说,对这个过程贡献最大的,是从神经元发出的粗短分支——树突的增加和生长。就是说,梭状回中神经元之间的连接数量有了可观的增加。

那么,为什么虽然地点识别对于人类来说也很重要,但是其相关脑区的灰质体积却没有变化呢?发展心理学和生活常识都告诉我们,社会认知能力是人类发育过程中最晚成熟的认知功能,与社交密切相关的脸部识别能力也比地点识别能力成熟得要晚,结构变化自然也会持续更长时间。 

人脸识别的功能如此重要又如此敏锐,有时会让我们在不存在人脸的地方发现一张脸。图片来源:imgur

这个结果出乎研究者的预料,也挑战了我们对大脑发育的认识。大脑成熟的过程中,灰质有可能减少也有可能增加,神经连接可能修剪也可能新生。不管是加法还是减法,对大脑变化的认识似乎总在超出我们的想象。(编辑:odette)

参考文献:

  1. Blakemore, S.J. (2012).Imaging brain development: the adolescent brain. Neuroimage,61, 397–406.
  2. Gomez, J., et al. (2017). Microstructural proliferation in human cortex is coupled with the development of face processing. Science, 355: 68-71.
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发布于2017-01-18, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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PolarVolcano

精神科医生,医学博士,神经科学博士

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