生命科學

一個神經元認一張臉

將貓女儲存在一個腦神經元內

撰文/馬丁代爾 ( Diane Martindale )
翻譯/涂可欣

生命科學

一個神經元認一張臉

將貓女儲存在一個腦神經元內

撰文/馬丁代爾 ( Diane Martindale )
翻譯/涂可欣

當你看到雜誌封面上的名人照片時,只要靠著一個神經元的作用,腦子就能立刻辨識出這個影像。科學家最新的研究顯示,人類的大腦在詮釋一幅影像時所使用的神經元數目,可能比過去所認為的少得多。而這項發現將有助於神經科學家了解記憶的形成和儲存。


人類大腦究竟如何記錄和回想一個影像,一直是充滿爭議和臆測的主題。過去幾十年來,出現了兩個極端的觀點。第一派說人類腦內數百萬個神經元會和諧一致的作用,將各種零星的資訊拼湊在一起,然後形成一個完整的畫面;另一派則認為大腦內一個個獨立的神經元,會各自辨識一個特定的物體或人物。1960年代時,神經學家雷特溫(Jerome Lettvin)將第二派的觀點命名為「祖母細胞」理論,意思是大腦內有一個神經元專門負責辨認每一個家庭成員,你失去了某個神經元,可能就認不得祖母了。


學者專家在很久以前就排除了祖母細胞的觀點,他們認為它太簡單了。但英國列斯特大學的基洛加(Rodrigo Quian Quiroga)和同事,卻決定研究單一神經元的選擇程度。這支研究團隊觀察了八名準備動癲癇手術的病患,這些病患的腦內都植入了64個微小的電極(用來找出他們的癲癇發作部位),其中有許多電極是裝置在與長期記憶儲存有關的海馬(hippocampus)。


科學家拿許多電影明星、物體和地標建築的照片給受試者觀看,電極可記錄下腦神經元的活動。在篩選階段,研究者先找出哪些影像能至少活化一個神經元的強烈反應,然後研究團隊再觀察受試者看到個同影像的3~8個不同版本的反應。


其中有名病患的一個神經元,可以對演員珍妮佛安妮斯頓(Jennifer Aniston)七張不同的照片都會產生反應,然而同一個神經元對其他80多張動物、建築物、有名或默默無聞的人的相片卻一點反應也沒有。基洛加回憶:「在首次看到一個神經元因為七張珍妮佛安妮斯頓的照片而活化,對其他影像卻無動於衷時,我們幾乎從椅子上跳了起來。」


研究人員在另一名病患身上也觀察到類似的情形。這名病患有一個神經元是奉獻給演員荷莉貝瑞(Halle Berry)的;這個神經元不僅對照片有反應,對畫像和她名字的圖像都有反應;此外,即使貝瑞穿上貓女的面罩和戲服,只要病患知道那是貝瑞,這個神經元也會活化。基洛加補充道:「這個神經元是對荷莉貝瑞這個抽象觀念有感應,而不是對某一特定的視覺特徵起反應。這就好像『我沒有辦法回想一段對話的每個細節,但我記得它是有關什麼』一樣。它顯示我們儲存記憶時用的是抽象的概念。」除了名人外,像雪梨歌劇院和比薩斜塔等知名建築物,也都會引發單一神經元的活化。


美國約翰霍普金斯大學的神經科學家康納(Charles Connor)說:「很少科學家會預料到,腦內這種單一神經元信號與特定人物有關的現象。而現在我們可以來看看那些細胞所呈現的資訊。它們是探究記憶儲存清晰的起點。」


美國加州理工學院的科霍(Christof Koch)是參與這項實驗的研究人員之一,他認為雖然「珍妮佛」和「荷莉」神經元的表現和祖母細胞一樣,但這項發現並不意味一個神經元只會對某一個人或某一樣物體反應,這些細胞可能會對許多種物體都有反應(有些神經元會對一個人或一樣物體以上產生反應)。科霍解釋:「我們並不是說這些神經元就是祖母細胞。對於熟悉的事物,像是家人或名流之類,是你經常看到的。這些神經元會以非常特別、超出我們原本想像的方式來連接和活化。」


這項發現發表在6月23日的《自然》,其結論將會影響失智症等疾病的研究。不過基洛加卻看到了更實際的應用:植入式的溝通輔助裝置,也就是所謂的讀腦器。他預測:「或許我們能經由電腦表達出病患的想法,幫助他們與外面世界交流。」


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2005年第45期11月號】