在地铁车厢里，一眼就认出多年未见的老同学。那张脸也许胖了些、老了些，发型也早已不同，但大脑几乎瞬间就完成了识别。这种看似毫不费力的能力，背后隐藏着人类大脑最精密的神经机制之一。

揭开这一谜底的，是三位顶尖神经科学家：美国麻省理工学院的坎维舍（Nancy Kanwisher）、加州大学伯克利分校的曹颖（Doris Tsao）以及洛克菲勒大学的弗莱瓦尔德（Winrich Freiwald）。他们因发现大脑中专门用于识别人脸的特化系统，共同荣获2024年卡夫利神经科学奖（Kavli Prize in Neuroscience）。

从面孔失认到专属脑区

人类对面孔识别的科学理解，可以追溯到一个多世纪前的临床观察。

早在19世纪末，神经学家就已经注意到，某些脑损伤患者会丧失辨认面孔的能力，却依然能正常识别其他物体。1947年，德国神经学家博达默尔（Joachim Bodamer）正式将这种症状命名为“面孔失认症”（prosopagnosia）。

直到1990年代，功能性磁共振成像（fMRI）技术的成熟，才让科学家能实时观察大脑的神经活动。1997年，坎维舍进行了一项实验：她让受试者交替观看人脸和日常物品的照片，同时记录脑部血流变化。结果在15名受试者中，有12人的大脑梭状回（fusiform gyrus）某一特定区域，对面孔的反应显著强于对任何其他物体的反应。坎维舍将这个区域命名为“梭状回面孔区”（fusiform face area，简称FFA）。

坎维舍由此开创“功能定位法”。研究人员会先在每个受试者的大脑中个别定位出面孔敏感区域，再对这些特定区域进行深入的功能测试。由于FFA的精确位置因人而异，这种“先定位、再提问”的策略，成功让此前模糊的群体平均数据，转变为对个体大脑的精确探问。随后，她的实验室又陆续发现专门处理场景的“海马旁回场景区”（PPA）和处理身体形态的“纹外身体区”（EBA），逐步勾勒出人类大脑视觉皮层的功能版图。

重现猕猴脑中面孔拼图

坎维舍的发现随之引发一场争论：FFA究竟是天生就专门处理面孔的“硬件模块”，还是因为我们从婴儿期起大量接触面孔而后天训练出的“专家区域”？后续研究表明，即便是先天失明的人，其梭状回区域在触摸三维面孔模型时也会被激活，这暗示面孔处理的神经基础很可能具有先天成分。

然而，fMRI的分辨率终究有限。它测量的是数百万个神经元的群体血氧信号，无法确切告诉我们单个神经元究竟在做什么。要真正理解大脑如何编码面孔信息，必须在动物模型上进行更精细的实验。

曹颖与弗莱瓦尔德史无前例地将fMRI与单细胞电生理记录结合起来：他们先用fMRI在猕猴大脑中宏观定位面孔敏感区域，再将微电极精确插入这些区域，逐个记录神经元的放电活动。

他们发现，猕猴大脑颞叶中存在六个离散的面孔敏感区域，沿颞叶排列成一个层级网络，称为“面孔斑块系统”（face patch system）。

2017年，曹颖团队在《细胞》（Cell）杂志上发表一项研究，彻底破解大脑编码面孔身份的密码。他们发现，单个面孔神经元并非“死记硬背”某张特定的脸，而是沿着特定维度来衡量面孔之间的几何差异（例如两眼间距、发际线宽度、肤色深浅等）。通过监测猕猴大脑中205个神经元的电活动，研究人员甚至能在电脑上精准重建出猴子当下正在看的面孔。大脑的“面孔密码”被成功破译。

AI尚无法完全读懂人脸

今天，由深度学习驱动的人脸识别系统已广泛应用于手机解锁与安防监控。在作为国际航空枢纽的新加坡樟宜机场，旅客只需通过多模式生物识别系统即可完成无护照通关。这些人工神经网络的层级结构，正是受到大脑视觉通路的启发：信息从底层的简单特征逐步整合为高层的复杂表征，这与曹颖和弗莱瓦尔德描绘的“面孔斑块系统”有着惊人的相似。

但这并不意味着AI已经完全读懂人脸。2023年，达特茅斯学院James Haxby与博洛尼亚大学Maria Gobbini团队的研究揭示，人工智能与人脑的面孔处理方式依然存在根本差异。人脑在识别面孔时，不仅在判断“这是谁”，还会同时读取对方的情绪、注意力方向、潜在意图和可信度等丰富信息。而当前的AI系统，仅仅完成“身份匹配”这一步。理解人脑多脑区协同运作这首“交响曲”，或将为下一代更接近人类认知的AI提供关键蓝图。

在临床医学与基础研究领域，这些工作的延伸同样意义非凡。例如，新加坡南洋理工大学的认知神经影像中心，配备了先进的功能性磁共振与脑磁图设备，坎维舍等人开创的功能定位方法，已成为这类中心日常使用的标准工具之一。深入理解面孔处理的神经机制，不仅能大力推进认知科学的发展，未来还有望为面孔失认症和自闭症患者开发出更有效的康复干预手段。

从发现面孔失认，到破译200多个神经元里的面孔密码，人类探索大脑的旅程已走过近一个世纪。AI固然能在樟宜机场替代护照完成身份核验，但在地铁车厢里一眼认出老同学的瞬间，我们大脑深处所奏响的，仍是一支机器远未学会的交响曲。认出彼此，不仅是底层数据的匹配，更是独属于人类的认知奇迹。