人类视觉皮层与内侧颞叶的神经编码机制：从特征到身份的转化

《Current Biology》：A neural computational framework for face processing in the human temporal lobe

本研究揭示了人类视觉信息处理的关键机制，即从视觉皮层（VTC）的特征编码到内侧颞叶（MTL）的身份编码的转化过程，为理解大脑如何识别面孔提供了新的视角。

　　本研究通过在人类视觉皮层（VTC）和内侧颞叶（MTL）进行直接的电生理记录，揭示了大脑如何将复杂的视觉特征信息转化为对个体身份的统一识别。研究结果表明，VTC区域通过轴编码（axis-based feature coding）对视觉特征进行编码，而MTL区域则通过区域编码（region-based feature coding）对身份进行编码。这种编码方式的转变，为理解大脑如何处理视觉信息并形成对个体身份的长期记忆提供了重要的神经生理学基础。

研究背景部分指出，识别面孔是一项基本的社会技能，对于维持社会交往至关重要。然而，大脑如何将视觉输入转化为统一的身份表征，一直是认知神经科学领域的关键问题。以往的研究主要集中在面孔加工的神经机制上，但对于视觉特征信息如何转化为身份表征的具体机制尚不清楚。

在研究方法方面，研究者利用颅内脑电图（iEEG）技术，记录了18名神经外科患者的VTC和MTL区域的神经活动。这些患者的大脑中植入了深度电极，用于记录神经活动。研究者让参与者观看500张来自CelebA数据集的名人面孔图像，同时进行一项“一回任务”，以保持参与者的注意力。通过对这些神经活动的分析，研究者发现VTC区域的神经活动表现出显著的轴编码特征，而MTL区域的神经活动则表现出区域编码特征。

实验结果表明，VTC区域的神经活动对视觉特征的编码具有显著的轴编码特性。例如，某些神经通道对从男性到女性面孔的变化表现出线性响应。这种轴编码特性在VTC区域的后部和前部的梭状回（fusiform gyrus）中尤为显著。相比之下，MTL区域的神经活动则表现出区域编码特性。这些神经元对特定区域内的视觉特征表现出选择性反应，从而实现了对身份的稀疏编码。

此外，研究者还通过在猕猴的颞下皮层（ITC）进行的神经记录，验证了人类VTC区域的轴编码特性。这些记录结果与人类VTC区域的记录结果高度一致，进一步支持了研究的结论。

在讨论部分，研究者指出，本研究不仅揭示了VTC和MTL区域在面孔识别过程中的神经编码机制，还提出了一个计算框架，解释了视觉信息如何在大脑的腹侧视觉通路中流动。这种信息流动可能通过神经同步来实现，特别是在低频段（如δ频段和θ频段）的同步。这种同步可能为VTC和MTL区域之间的信息传递提供了生理基础。

综上所述，本研究通过在人类和猕猴的视觉皮层和内侧颞叶进行直接的电生理记录，揭示了大脑如何将视觉特征信息转化为对个体身份的统一识别。这一发现不仅为理解大脑的视觉信息处理机制提供了新的视角，也为相关神经科学领域的研究提供了重要的参考。未来的研究可以进一步探索这种神经编码机制在其他视觉对象识别中的作用，以及它如何随着学习和经验而发展。