我们大多数人都有强大的面部识别能力，但我们很少注意到它。我们只需看一眼就能记住一张脸，即使只看一次，这种记忆也能保持多年。我们记住的脸可能仅仅在几何形状上存在细微差别：例如，眼睛和嘴巴之间距离的比例。
然而，有一小部分人无法识别面孔——甚至是他们父母、配偶和孩子的脸。这种被称为“面容失认症”的疾病，可能天生就影响着人们，或者在生活中因脑部受伤而触发。据估计，这种疾病影响了 2% 的美国人，并且常常伴有其他类型的识别障碍，包括识别地点和物体（如汽车）的困难。
尽管有数百万人患有面容失认症，但它仍然是一种鲜为人知的疾病，这可能是因为那些面容失认症患者能够巧妙地弥补他们的病情。在他的新书《心灵之眼》中，神经学家兼作家奥利弗·萨克斯令人惊讶地透露他患有面容失认症。“我一直记不住面孔，只要我能记起，”他写道。今年 79 岁的萨克斯已经出版了四十年的书籍。尽管他多年来一直活跃在公众视野中，但这是他的许多粉丝第一次了解到他的病情。
多维度的“面部空间”
医生对面容失认症患者的帮助不大，部分原因是神经科学家对正常面部识别的工作原理仍然只有大致的了解。最近，卡内基梅隆大学的认知神经科学家玛琳·贝赫曼和她的同事们通过比较面容失认症患者和面容正常者的大脑，为这个谜题收集了一些重要线索。他们的研究结果暗示了我们识别面孔的方式：并非像看起来那样瞬间顿悟，而是通过神经组装线逐渐建立识别。
贝赫曼一直在测试一种由诺丁汉大学的两名心理学家蒂姆·瓦伦丁和维姬·布鲁斯 25 年前提出的面部识别模型。瓦伦丁和布鲁斯认为，我们的大脑不会存储我们看到的每张脸的照片图像。相反，它们会对每张脸进行数学转换，将其编码为多维“面部空间”中的一个点。
在面部空间的地图上，想象一下将东西轴替换为从嘴小到嘴大的轴。但与我们熟悉的只有三个维度不同，面部空间可能有许多维度，每个维度代表人类面部的一个重要特征。正如古代宇宙以地球为中心一样，瓦伦丁和布鲁斯认为面部宇宙以一张完美平均的脸为中心。一张脸离这个平均中心的距离越远，就越显得极端。
在过去的四分之一世纪里，面部空间模型得到了许多神经科学家的支持。一方面，它为我们如何在脑海中存储如此多的面部图像提供了一个巧妙的解释。通过将一张脸简化为一个点——创建一个代表无限数量面孔的紧凑代码——我们的大脑只需要存储该点到面部空间中心点的距离和方向。面部空间还解释了我们更容易正确识别独特面孔而非普通面孔这一事实。在面部空间的中心，有许多相当普通的脸。独特面孔则远离人群，存在于更孤寂的区域。
面部空间也解释了政治漫画家的绝活为何如此有效。通过夸大政治人物面部的特征——布什的眉毛，奥巴马的耳朵——漫画家将他们的脸推离面部空间的中心，到达那些与我们存储在记忆中的其他面孔竞争较少的地方。因此，我们能像识别照片一样快速地识别手绘漫画中的人物，有时甚至更快。
除了解释我们熟悉的现象，面部空间还能解释一种特别奇特的错觉，称为面部余像。这与你长时间盯着一张美国国旗的图片看，然后看向空白墙壁时看到的现象很相似。你会看到一面反色、鬼影般的国旗余像，持续几秒钟。如果你长时间盯着一张脸看，也会发生类似的事情。当你看向另一张脸时，它看起来会有点像你刚刚盯着看的那张脸的相反版本。
贝赫曼和她的同事们通过一个实验记录了面部余像，他们使用了他们昵称为 Dan 和 Jim 的两张脸。对于每张脸，他们都创造了一张“反脸”。Dan 和 Anti-Dan 与平均脸在相反的方向上有所不同，这反映了面部空间轴上的相反两端。例如，Dan 的脸异常长，所以 Anti-Dan 的脸异常短。
科学家们一旦制作出 Anti-Dan 和 Anti-Jim，就开始在电脑显示器上向没有面容失认症的志愿者展示它们。他们会向志愿者展示一张反脸五秒钟。接着，他们会在屏幕上闪现第二张脸，仅显示五分之一秒。这些转瞬即逝的脸要么是“Dan-like”（像 Dan），要么是“Jim-like”（像 Jim）。也就是说，它们是电脑生成的脸，介于平均脸和 Dan 或 Jim 之间。志愿者必须猜测这些脸更像哪一个。
贝赫曼和她的同事们发现，长时间盯着反脸会扭曲志愿者对后续面孔的感知。如果志愿者先看 Anti-Dan，他们就能更好地猜测 Dan-like 面孔的身份。另一方面，Anti-Dan 却让他们在识别 Jim-like 面孔方面表现更差。反之亦然：如果他们先看 Anti-Jim，他们就能更好地识别 Jim-like 面孔，但在识别 Dan-like 面孔方面表现更差。
神经科学家们尚不确定具体原因。贝赫曼认为这与余像有关，余像会激活对我们刚刚看到的内容的相反敏感的神经元。因此，盯着 Anti-Dan 可能会让我们特别专注于面部空间中更接近 Dan 的那些面孔。同样，我们在识别不属于该序列的面孔时会变得更差。
如果面部空间对于面部识别至关重要，那么贝赫曼和她的同事们推测它可能在面容失认症中发挥作用：也许面容失认症是面部空间扭曲的结果。科学家们对正常个体和七名面容失认症患者进行了一系列面部空间测试。其中六人从小就面容失认。（他们正确命名著名面孔的成功率只有大约一半。）第七名，一位研究人员称之为 SM 的男性，在 18 岁时因头部受伤而失去了面部识别能力。
在一项实验中，科学家们教会 SM 从面孔中识别 Dan 和 Jim。他可以学会执行这项任务，但记忆持续时间不长。如果贝赫曼和她的同事们然后向 SM 展示 Dan-like 和 Jim-like 的例子，并问它们更像哪一个，他的回答从未超出随机猜测的水平。然后，科学家们试图通过让他先看 Anti-Dan 和 Anti-Jim 来触发面部余像。这种体验对 SM 的回答没有任何影响。例如，盯着 Anti-Dan，他并不能更准确地猜测 Dan-like 图像看起来像 Dan。
揭示
总而言之，实验表明 SM 在面部空间方面的体验与正常人截然不同。但当贝赫曼和她的团队测试了六名从小就面容失认的人时，他们得到了一个意想不到的结果：这组人的表现与正常人一样好，能够猜测面孔更像 Dan 还是 Jim。更重要的是，他们也容易受到面部余像的影响。反面孔改变了他们的表现，就像它们改变了正常人的表现一样。
其他测试也得到了类似的结果。SM 没有表现出感知面部空间的迹象，而六名天生面容失认的人则表现出正常的面部空间效应。具有正常识别能力的人会说漫画比“反漫画”（更接近平均脸）更具辨识度。天生面容失认的人也会这么说。这些人也认为漫画比反漫画更写实——就像大脑正常的人一样。
这些结果表明，一个人可以面容失认，但仍然保留面部空间。它们还为大脑中发生面部识别能力的区域提供了线索。许多科学家通过将人们放入脑部扫描仪，寻找在受试者看面孔时特别活跃的区域来研究面部识别。在这些研究中，一个持续亮起的区域被称为面部梭状回——SM 大脑在事故中受损的部分。
另一方面，天生面容失认的人通常拥有正常面部梭状回。当他们看面孔时，这个区域在脑部扫描中也会亮起。基于这些结果，贝赫曼认为这个区域是我们把面孔放入面部空间的地方。但她的实验表明，仅仅这个区域还不足以让我们识别面孔。
在另一项针对天生面容失认人群的研究中，贝赫曼发现了一个潜在的线索。她和她的同事们发现，天生面容失认的人将面部梭状回与大脑前方其他区域连接的神经纤维束比正常人要小。有可能一旦我们在面部空间中编码了面孔，我们的大脑就需要将这些信息转发到大脑的其他区域进行进一步处理。如果这条识别网络上的连接太弱，那么人们就会天生面容失认。
要解读这种非凡的能力是如何形成的，还需要更多的研究，但保持探索的动力是有实际意义的。通过揭开大脑如何编码面孔的秘密，科学家们或许能够让计算机更好地识别我们。一旦科学家们理解了我们大多数人如何识别面孔，他们或许就能找到帮助那些无法识别面孔的数百万人。
[本文最初以“About Face”为题印刷。]
