Бабушкина клетка , иногда называемая « нейроном Дженнифер Энистон », — гипотетический нейрон , представляющий сложное, но определенное понятие или объект. [1] Она активируется, когда человек «видит, слышит или иным образом разумно различает» [2] определенную сущность, например, свою бабушку. Она контрастирует с концепцией ансамблевого кодирования (или «грубого» кодирования), где уникальный набор признаков, характеризующих бабушку, обнаруживается как определенный шаблон активации по ансамблю нейронов, а не обнаруживается определенной «бабушкиной клеткой». [1]
Термин был придуман около 1969 года когнитивным ученым Джерри Леттвином . [1] Вместо того, чтобы служить серьезной гипотезой, концепция «бабушкиной клетки» изначально в основном использовалась в шутках и стала использоваться как «соломенное чучело или фольга» для обсуждения ансамблевых теорий во вводных учебниках. [1] Однако похожая концепция, концепция гностического нейрона , была введена несколькими годами ранее Ежи Конорским в качестве серьезного предложения. [3] [1]
В 1953 году Хорас Барлоу описал клетки сетчатки лягушки как «детекторы насекомых», но этот термин не получил широкого распространения. [4] [1] Несколько лет спустя Джером (Джерри) Леттвин и другие также изучали эти и другие клетки, что в конечном итоге привело к их широко известной статье 1959 года «Что глаз лягушки сообщает мозгу лягушки». [1]
Около 1969 года Леттвин ввел термин «бабушкина клетка» на курсе, который он преподавал в Массачусетском технологическом институте, рассказав вымышленный анекдот о нейрохирурге, который обнаружил группу «материнских клеток» в мозге, которые «реагировали уникальным образом только на мать... будь то живая или чучело, увиденная спереди или сзади, перевернутая или по диагонали или представленная карикатурой, фотографией или абстракцией». [1] В истории Леттвина нейрохирург продолжил удалять ( аблатировать ) все эти «несколько тысяч отдельных нейронов» из мозга Портного, главного героя романа Филипа Рота 1969 года «Жалоба Портного» , тем самым излечив его от одержимости матерью, и вместо этого продолжил изучать «бабушкины клетки». [1]
К 2005 году Эд Коннор заметил, что этот термин «стал условным обозначением для всех подавляющих практических аргументов против схемы кодирования объектов один к одному. Никто не хочет быть обвиненным в вере в клетки бабушки». [5] Однако в том же году нейрохирурги Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Ицхак Фрид, его подопечный Родриго Куиан Кирога и другие опубликовали результаты исследований, которые они впоследствии назвали «нейроном Дженнифер Энистон». [5] [6] После операций на пациентах, страдающих эпилептическими припадками, исследователи показывали фотографии знаменитостей, таких как Дженнифер Энистон. У пациентов, которые были в полном сознании, часто наблюдался особый нейронный пожар, что говорит о том, что в мозге есть нейроны, специфичные для Энистон. [6] [7]
Зрительные нейроны в нижней височной коре обезьяны избирательно активируются на руки и лица. [8] [9] [10] [11] Эти клетки избирательны в том смысле, что они не активируются на другие визуальные объекты, важные для обезьян, такие как фрукты и гениталии. Исследования показывают, что некоторые из этих клеток можно обучить показывать высокую специфичность для произвольных визуальных объектов, и они, по-видимому, соответствуют требованиям гностических/бабушкиных клеток. [12] [13] Кроме того, существуют доказательства того, что клетки в человеческом гиппокампе имеют высокоизбирательные ответы на различные категории стимулов [14] [15], включая высокоизбирательные ответы на отдельные человеческие лица. [16]
Однако большинство из зарегистрированных клеток, селективных по лицу, не являются клетками бабушки/гностика, поскольку они не представляют собой специфическое восприятие, то есть они не являются клетками, узко селективными в своих активациях для одного лица и только одного лица независимо от преобразований размера, ориентации и цвета. Даже самые селективные клетки лица обычно также разряжаются, хотя и слабее, на множество отдельных лиц. Кроме того, клетки, селективные по лицу, часто различаются по своей реакции на различные аспекты лиц. Это говорит о том, что реакция клеток возникает из-за потребности обезьяны различать различные отдельные лица, а не другие категории стимулов, такие как бананы с их дискриминационными свойствами, связанными с тем фактом, что различные отдельные лица гораздо более похожи друг на друга по своей общей организации и мелким деталям, чем другие виды стимулов. [1] Более того, было высказано предположение, что эти клетки на самом деле могут реагировать как специализированные нейроны-детекторы признаков, которые функционируют только в целостном контексте конструкции лица. [17] [18]
Одна из идей заключается в том, что такие клетки формируют ансамбли для грубого или распределенного кодирования лиц, а не детекторы для конкретных лиц. Таким образом, конкретная бабушка может быть представлена специализированным ансамблем бабушкиных или околобабушкиных клеток. [1]
В 2005 году исследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Калифорнийского технологического института обнаружило доказательства существования различных клеток, которые активируются в ответ на определенных людей, таких как Билл Клинтон или Дженнифер Энистон . Например, нейрон для Холли Берри может реагировать «на концепцию, абстрактную сущность , Холли Берри» и активироваться не только для изображений Холли Берри, но и для фактического имени «Холли Берри». [19] Однако в этом исследовании нет никаких предположений о том, что только отслеживаемая клетка отреагировала на эту концепцию, и не было предположений о том, что никакая другая актриса не заставит эту клетку отреагировать (хотя несколько других представленных изображений актрис не вызвали у нее реакции). [19] Исследователи полагают, что они нашли доказательства разреженности , а не для бабушкиных клеток. [20]
Дальнейшие доказательства теории о том, что небольшая нейронная сеть обеспечивает распознавание лиц, были получены в результате анализа исследований записи клеток у макак. Форматируя лица как точки в многомерном линейном пространстве, ученые обнаружили, что частота срабатывания каждой клетки лица пропорциональна проекции входящего стимула лица на одну ось в этом пространстве, что позволяет ансамблю клеток лица из примерно 200 клеток кодировать местоположение любого лица в пространстве. [21]
Гипотеза бабушкиных клеток является экстремальной версией идеи разреженности , [22] [5] и не лишена критики. Противоположностью теории бабушкиных клеток является теория распределенного представления, которая утверждает, что определенный стимул кодируется его уникальным паттерном активности в большой группе нейронов, широко распределенных в мозге.
Аргументы против разреженности включают в себя:
Уильям Джеймс в 1890 году предложил связанную идею папской ячейки. [23] Папская ячейка определяется как предполагаемая и неправдоподобная ячейка, которая имела весь наш опыт. Это отличается от концептуально-специфической ячейки тем, что является местом опыта чувственных данных. Папская ячейка Джеймса 1890 года была вместо этого ячейкой, «которой остальная часть мозга предоставила представление» о бабушке. Опыт бабушки произошел в этой ячейке.