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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) 點擊量：7865
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)心深處的真實情緒、情感的表達。事實上，從科學(xué)角度來看，人類之所以會有豐富的面部表情，與大腦中編碼特定表情的神經(jīng)元有關(guān)。
【化工儀器網(wǎng) 時事熱點】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)心深處的真實情緒、情感的表達。事實上，從科學(xué)角度來看，人類之所以會有豐富的面部表情，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)組織是儲存特定記憶的所在，是掌控人類一切行為習(xí)慣的中樞機構(gòu)。而大腦中除了擁有編碼特定表情的神經(jīng)元外，還有控制人類運動、平衡能力等的運動神經(jīng)元，以及使人類擁有學(xué)習(xí)能力、認知能力、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，人體就會缺失某項機能，難以正常生活。在一類神經(jīng)元疾病中我們早有耳聞的便屬漸凍癥了。該項疾病是由于人體大腦中運動神經(jīng)元受損所致。患者的身體肌肉會逐漸萎縮和無力，以至癱瘓。由此可見，神經(jīng)元對于我們?nèi)祟惖恼Ｐ袨榱?xí)慣具有重要意義，對其進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)和運轉(zhuǎn)機制，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，對其進行精準(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行中。
近日，德國馬普學(xué)會神經(jīng)生物學(xué)研究所的神經(jīng)學(xué)家Nadine Gogolla領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在《科學(xué)》上發(fā)表了一項研究。該項研究成果表明，研究人員們通過利用機器學(xué)習(xí)算法破譯實驗室老鼠令人百思不得其解的面部表情。這項研究發(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物的面部表情來間接揭示人類面部表情的神經(jīng)元運轉(zhuǎn)機制呢？事實上，早在大約150年，提出生物進化論的著名生物學(xué)家達爾文就曾指出，動物的面部表情和人類一樣，是揭示情緒的窗口。不過，當(dāng)時礙于科學(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，各類先進的科學(xué)儀器紛紛問世，研究人員們借助于顯微鏡、照相機和基因測序等高科技，捕捉和分析動物的面部運動規(guī)律，從而研究情緒的產(chǎn)生機制。
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，然后對老鼠進行不同的感官刺激，再利用照相機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情感含義。隨后，研究人員們利用機器學(xué)習(xí)算法識別出由特定的面部肌肉群運動所產(chǎn)生的不同表情，由此觀察面部表情可以避免實驗者的主觀偏見。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胞。后，研究團隊使用雙光子鈣成像技術(shù)識別老鼠大腦中的單個神經(jīng)元。神經(jīng)學(xué)家Gogolla推測，大腦對情感的編碼是進化保守的，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，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制。這是人類了解自身大腦運轉(zhuǎn)機制的一小步，更是科技發(fā)展的一大步。今后，在更多先進儀器設(shè)備的助力下，相信我們會揭開大腦的更多奧秘。
資料來源參考：中國科學(xué)報、百度百科
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