Cell子刊：看见美食，你的大脑中就有一群神经元被“点亮”

来源：生物世界

撰文 | 甲庚遇

在人类演化的历史长河中，食物在维持生命、社交以及文化中发挥着至关重要的作用。无论是在食不果腹的久远过去，还是在衣食丰足的现代社会都是如此。例如：广告牌上的一杯拿铁、一个冰淇淋，亦或是刚出锅冒着热气的馒头，往往都能锁住人的目光，但此时人的大脑会发生什么反应和变化呢？

2022年8月25日，麻省理工学院麦戈文脑科学研究的 Nancy Kanwisher 教授团队在 Cell 子刊 Current Biology 上发表了题为：A highly selective response to food in human visual cortex revealed by hypothesis-free voxel decomposition 的研究论文。

该研究发现了一种新的食物特异性神经反应，也就是说，当看到任何一样食物时，大脑视觉皮层的一小群神经元就会被“点亮”。该研究为“民以食为天”提供了认知神经学证据。

过去几十年，人类认知神经科学研究已经揭示了关于大脑皮层功能组织的丰富细节。该组织的特点是一组区域有选择性地参与单一的心理过程，从感知面孔、场景或音乐，到理解句子的意思，再到推断他人的思想内容。为什么人类大脑会有这些特定的专长？

Nancy Kanwisher 表示，想要回答这个问题，需要一个更完整的人类皮层特化清单，它不仅能反映科学家们想要验证的假设，还要反映出皮层本身的实际功能组织。

Nancy Kanwisher 在二十多年前研究视觉腹侧通路（大脑中识别物体的部分）时发现，皮层区域会对面部做出选择性反应。随后，她和其他科学家发现了对面部、场景、身体或文字有选择性反应的区域。这些区域中的大多数是在研究人员专门寻找它们时发现的。但她认为，这种假设驱动的方法可能会限制发现新的东西。

她认为，可能还存在其他我们不知道的东西，或没想到的东西。即使有了一些新发现，我们又怎么知道它是视觉腹侧通路主要结构的一部分？还是属于尚未发现的其他类别？

为了找到这一问题的答案，研究团队分析了一个大型公开的数据集，该数据集包含8名受试者在观看数千张图像时全脑功能磁共振成像（fMRI）的反应数据。

fMRI 图像由许多体素（代表脑组织立方体的三维单位）组成，每个体素包含数十万个神经元，如果其中一小群神经元对一种视觉输入做出反应，那么它们的反应很可能会被同一体素内的其他神经元淹没。

在这项新研究中，研究团队使用了一种数据驱动的分析方法，该方法可以从空间上混合在单个 fMRI 体素内的神经集群中分离出潜在反应。这样，研究人员就能发现解释腹侧通路中神经反应的主要成分是否是之前未描述的新反应。

数据驱动组件建模方法概述

通过将数据驱动的分析应用于对数千张自然图像的 fMRI 反应大数据集，研究人员发现腹侧视觉通路中的主要四种神经反应特征，即对面部、场景、身体和文字（包括单词、符号、字符串）的选择性反应。

Nancy Kanwisher 表示，显然，这种方法是有效的，它告诉我们之前发现的不仅仅是该通路的模糊属性，而是主要且主导的属性。

然而有意思的是，一组新的，也就是第五组神经集群不请自来，重要的是，它们似乎只对食物相关图像产生选择性反应。

该研究第一作者、博士后 Meenakshi Khosla 表示，我们对这一发现感到惊讶，因为食物在视觉上不是单一类别。就像苹果、玉米和意大利面这些东西看起来都非常不同，但我们发现，有一组神经集群对所有这些不同的食物都有相似的反应。

研究团队将这组食物特异性神经集群命名为腹侧食物组（VFC）。他们发现，VFC 似乎分布在梭形面部区域（FFA）两侧的两个神经元簇中。这一事实恰好解释了为什么科学家们之前没有发现它们。

Meenakshi Khosla 表示，fMRI 的低空间分辨率使我们以前无法看到这种选择性，因为不同神经集群的反应在一个体素中被混合。

由于这一发现是出乎意料的，因此研究人员利用数据训练了计算模型以预测 VFC 对食物的反应 ，并随后开展了一系列广泛的对照实验来验证这个结论。

他们发现，与未加工食品（如生水果和蔬菜）相比，参与者对加工食品（例如一片芝士披萨）的反应更显著。为了测试这是否是由于食物的颜色较为暖色调，他们又将参与者的反应与冷色调的食物图像和色彩丰富的非食物物体进行了比较，例如香蕉和黄色新月。结果显示，食物会让参与者产生更清晰的反应信号。

然后，他们通过模型运行了 ImageNet 中的所有 120 万张图像，并查看了预测产生最强反应的前 1000 张图像。结果发现，这些图像都是关于食物的，而且黑白图像也显示出相同的结果。

Nancy Kanwisher 教授表示，看来食物不仅仅是维持生命，它还是我们的文化认同、宗教实践、社会互动和人类所做的许多其他行为的核心。

总的来说，这些发现证明了数据驱动方法的力量，并表明视觉腹侧通路的主要神经反应不仅包括对面部、场景、身体和文字的选择性，还包括视觉上看起来不同的食物类别。

论文链接：

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01286-6