四十年前，一位名叫杰里·莱文的麻省理工学院神经科学家突然灵光一闪，思考我们的大脑是如何理解世界的。如果每个人脑子里都有一个特殊的神经元组，它们唯一的作用就是识别特定的人物、地点或事物呢？这听起来很奇怪，但考虑到莱文对大脑的了解，这并非不可能。为了向学生解释他的想法，他编了一个故事[pdf]。
这个故事是关于亚历山大·波特诺伊的，他是菲利普·罗斯小说《波特诺伊的怨诉》的主人公，这部小说刚刚出版。小说是一个冗长的独白，由波特诺伊在他躺在心理治疗师沙发上时诉说。在莱文的版本中，波特诺伊转而去看一位名叫阿卡奇·阿卡基耶维奇的神经外科医生。阿卡奇耶维奇医生发现人体大脑中有 18,000 个神经元，它们对一个人的母亲有独特的反应。由于波特诺伊的痛苦很大程度上是由他对他强势母亲的思念引起的，阿卡奇耶维奇医生打开了他的大脑，移除了所有这些“母亲细胞”。
手术后，阿卡奇耶维奇医生进行了一项测试。“你还记得你每周四晚上爱吃的煎饼吗？”他问道。
“它们很美味，”波特诺伊回答。
“那么是谁做的呢？”
波特诺伊茫然地盯着他。
莱文告诉学生们，基于这项巨大的成功，阿卡奇耶维奇医生随后将他的搜索范围扩大到“祖母细胞”。
莱文的故事成了传奇，科学家们开始激烈争论这些“祖母细胞”是否真的存在。如今，主流观点认为这些细胞与阿卡奇耶维奇医生一样虚构。但英国布里斯托大学的心理学家杰弗里·鲍尔斯认为，他的同事们对祖母细胞的研究太早放弃了。在一篇今年早些时候发表在《心理学评论》上的论文中，他宣称是时候认真对待阿卡奇耶维奇医生了。
祖母细胞的设想源于一些引人注目的研究，这些研究表明不同的神经元对不同的刺激有反应。例如，莱文发现青蛙视网膜中的一些神经元对特定模式的光线反应最强烈。有些主要对边缘反应，有些则对物体运动反应尤其强烈。这些选择性神经元似乎在挑选视觉线索，帮助动物快速发现飞过的昆虫。
其他研究人员也在大脑中发现了选择性神经元。来自眼睛的信号传播得越远，触发神经元放电的刺激就越专业化。1969年，当时在哈佛大学的神经科学家查尔斯·格罗斯发现，猴子大脑中的某些神经元仅对看到一只手有强烈反应，而其他研究人员后来发现猴子大脑中有一些神经元仅对人脸有强烈反应。格罗斯本人拒绝称这些神经元为“脸部细胞”或“手部细胞”。尽管如此，他的工作却成了支持祖母细胞可能存在的、引用最广泛的证据之一。如果猴子有只对特定手部有反应的神经元，那么沿着信号通路更往上的地方，或许存在着对更具体事物——比如祖母——有反应的神经元。
从那时起，一系列持续的研究让莱文的故事得以流传。最令人瞩目的成果来自英国莱斯特大学的罗德里戈·基安·基罗加的研究。在过去的八年里，他和他的同事们一直在研究癫痫病患者，这些患者在他们大脑的内侧颞叶区域植入了电极，这是为了确定他们癫痫发作的根源。基罗加向受试者展示了 100 张图片。这些图片包括名人照片和图画，以及地标和各种熟悉的物体。患者需要按一个按钮，如果图片是人脸就按一个，如果不是就按另一个。
在他们第一次此类研究中，基罗加和他的团队能够观察到 993 个神经元的个体活动。他们发现其中 132 个对至少一张图片有反应。在这些有反应的神经元中，有 51 个仅对一个人或一个事物有反应。例如，有一个神经元只对哈莉·贝瑞有反应。
令人惊讶的是，“哈莉·贝瑞”神经元对她任何一张图片都有反应，包括一张她穿着猫女服饰的照片。甚至“哈莉·贝瑞”这个名字也能触发该神经元，而看到其他女演员或她们的名字时，该神经元则保持沉默。
基罗加还发现，这些神经元的反应非常迅速。患者在每张图片后大约需要一秒钟来按下按钮，而神经元则只需要零点三分之一秒就能做出反应。
尽管这些发现可能令人着迷，但大多数神经科学家仍然认为反对祖母细胞的论点更有说服力……
但是，如果你打开这些程序的“引擎盖”，你找不到任何一个处理单元的行为像祖母细胞那样，只对一张脸有反应，并全权负责识别它。相反，是所有处理单元作为一个整体的模式，能够独特地对应于每一张脸。这种网络就像足球场上的一群人，通过举起彩色方块来创造巨大的图像。一个人在制作不同图像时可能举起相同的颜色；只有通过人群的集体行为，才能显现出独特的图像。
尽管如此，鲍尔斯仍然不相信大型网络能够解释大脑非凡的识别能力。“我发现你能找到一个只对一百张脸中的一张有反应的神经元，这令人震惊，”他说。在基于网络的模型中，每个神经元应该会针对大多数或所有面孔被激活。他还质疑真正意义上的祖母细胞必须只对一个刺激有反应的说法。一个专门针对某个输入信号的神经元也可能对相关的输入信号有反应，但仅限于某个阈值。在产生清晰解读（“这个人是我的祖母”）所需的高级别刺激下，该细胞仍然可以像莱文设想的那样发挥作用。
另一方面，基罗加认为祖母细胞的解释也是不完整的。他说，他自己的实验可能并没有探测到严格意义上的祖母细胞。他使用的电极只能在数十亿个大脑神经元中精确定位大约 100 个神经元。基罗加仅仅探测到一个神经元对哈莉·贝瑞有反应，并不一定意味着其他远处神经元没有同时放电。基罗加在实验中也只使用了大约 100 张图片。一个在基罗加展示的物品中只对哈莉·贝瑞有反应的神经元，很可能对许多他没有展示的其他图像也有反应。
基罗加和他的同事使用统计方法计算得出，内侧颞叶中约有 0.1% 的神经元（约 100 万个）对任何给定图像都有反应。而在我们大脑能够识别的数万张图像中，他估计每个神经元可以对几十张图像做出反应。
这种解释为我们大脑如何识别人物和物体提供了一个全新的视角：不是通过祖母细胞，也不是通过巨大的网络。相反，大脑似乎使用了所谓的“稀疏编码网络”，在这种网络中，小群神经元协同工作来识别物体，并且每个神经元都可以参与几个不同的组。
基罗加已经开始利用改进的技术来提取大脑电极的更多信息来检验这个想法。这将使他能够同时监听数百个神经元的活动。在如此大的样本量中，他或许能够在大脑中找到两个对同一图像有反应的神经元。如果他成功了，这将是一个全新故事的开始。它可能不像阿卡奇耶维奇医生那样色彩斑斓，但它最终可能会让我们更接近理解当你眼睛看到光暗图案，而大脑惊呼“奶奶！”时，你脑袋里发生了什么。
