認臉：腦有特別座
科學家經由猴子腦內神經活動，準確預測牠所看到的外界臉形模樣。這個研究照出一道曙光：有一天我們真的可能由腦神經活動的數位編碼，知道你正在想什麼？！
撰文／曾志朗
無可否認，在數位時代，高科技的精巧應用，處處影響人們的日常生活，有形無聲或有聲無影的人工智慧，為我們提供許多便利。一個朋友最近買了一台機器人吸塵器，每晚就寢時，插上充電器，讓電池充飽，隔天出門前，叫醒小小機器人，任它在家中遊走，邊走邊吸塵，逢阻就轉彎，主動尋找活動空間，進退自如，等到他下班回家，地板果然清潔溜溜，把圓盤裡的集塵盒清理乾淨，隔天機器人又生龍活虎了。他滿意極了，總是拍拍圓盤的面，說聲謝謝！
有一天，我和他到元智大學去參加會議，他自告奮勇要開車，我問他，路熟不熟？他指了指車上的衛星導航GPS裝置，胸有成竹的說：「有它就不怕迷路了！」他伸指觸動GPS，告訴它從哪裡出發，目的地是哪裡。原來，用說的也能通。不一會兒，GPS面板出現地圖，標示行駛路徑，並告知大約行車時間。一路上，上下交流道，向左向右出口，都提前幾百公尺就說得一清二楚；進入市區後，道路繁雜，左轉大街，右彎小巷，GPS裡那位出聲清脆的「女士」指揮若定，車子走過頭，還會叫你轉回來，真走錯路了，就重新設定路線，簡直是救命路神哪！
開了一天會，回到台北，球友來訊，台大體育館當晚開放租用，邀大夥去運動一下筋骨。我開車前往球場，進入地下停車場，在柵欄前方停留數秒，柵欄自動升起，指示牌上顯示了一排字「車號已登錄」。原來是數位相機已將車號照相登錄，離去之前，到繳費機輸入車號，依停留時數繳納費用，到了出口處，再讓數位相機照相登錄，和入口時的影像兩相對照，號碼一致，柵欄就自動升起！
對車牌號碼影像的辨識和比對，以現代技術而言，要處理10個數字加上26個字母的排列組合，簡直是易如反掌。但物件辨識的困難度，當然會隨著必須分析的不同向度的複雜性而增加。例如機場自動通關的設施，就是突破人臉辨識的高難度，讓機器比對護照上的照片和持照人的即時攝影影像，相似放行，不相似再以指紋補正，若兩者皆不吻合，當然就過不了關了。
最近在去歐洲的飛機上看了一部電影，講述跨國合作殲滅恐怖份子的故事，從無人偵察機拍攝即時影像，到年輕的女性資訊設計工程師發展出一套尖端的人臉辨識系統，利用各城市街道攝影照片進行比對，只要一個畫面，就可以鎖定目標，還可以配合大數據裡的語音配對，確認身分，而坐鎮在各軍事基地的主角們，就透過這些「天眼」，研判形勢並決定行動的時機。有點科幻，但已經很接近現實了！無獨有偶，日本近日也有部以反恐為主題的電視影集，小組成員各懷絕技，同樣有名年輕的女性電腦高手，可以駭入任何有攝影鏡頭的地方取得影像，比對畫面，找到嫌犯的可能藏身地點、生平記錄，以及行為的獨特風格，即使變裝也能識破。但這已非科幻，而是先進國家刑事人員查案的基本配備了！
這些在電影電視上非常純熟的人臉辨識技術，可能讓觀眾誤以為電腦的人臉辨識並不困難。其實不然，這個技術屬於人工智慧研發的一環，最少已有30年歷史，投進無數資金和機器學習相關的人力，才有今天的成就。它可以是警察捉拿壞人的利器，但如果落入獨裁政府手中，就變成濫捕好人的幫凶了。高科技介入生活，一則可喜，一則引憂，若遭誤用，侵犯個人隱私是輕而易舉的事，如何能不慎？
機器辨識人臉，萬中取一，能耐高超。人類雖然也有不錯的人臉辨識能力，但和現今最好的電腦人臉辨識程式相較起來，卻有如小巫見大巫，既沒有廣大的記憶體去儲存永遠清晰而不會越來越模糊的影像，也缺乏快速強大的計算能力，可以平行比對所有儲存在記憶中的影像，更不可能利用序列回溯（backward sequential search）的方式，去一一比對視網膜上現有的影像和儲存在大腦的影像，所以人類的人臉辨識究竟如何完成，仍然是未解之謎。
然而，最近神經科學有兩個研究發現，不但令人驚豔，也確實提供了讓人感動的新知識。首先是年初發表在《科學》雜誌上的一篇論文，由美國史丹佛大學神經科學家葛瑞–史派克特（Kalanit Grill-Spector） 針對人類對人臉辨識的獨特腦區（左右腦下顳葉靠近枕葉視覺區的梭狀回），做了22個兒童（5~12歲）及25個成人（22~28歲）的磁共振造影掃描，發現這一特定區域的神經細胞的成長和網絡連結，並沒有在兒童時期停止，而是不停擴大連結，長出更強有力的神經髓鞘，使神經之間的訊號傳遞更為迅速；其他有關辨識物件的視覺區，則是在兒童期完成連結之後就停止生長和連結。這個結果顯示，人臉辨識在社會化的過程上扮演著非常重要的角色，它是族群認同的基礎，而從社會生物演化的觀點，人臉辨識確實和一般物件知覺不同，真是妙不可言！
另一個讓學界震撼的人臉辨識研究發現，也是來自美國西岸的科學家。由加州理工學院的曹（Doris Tsao）教授和同事共同完成，刊登在不久前的《細胞》期刊上。他們先把一張張人臉用點標示出來，再比對這幾千張點和點構築出來的臉形，找出25個可區分這些不同人臉的特徵指標。每一指標有如一個可以調整數量的旋鈕，例如一個數字表示兩眼之間的距離，另一數字表示前額的高度。利用這25個旋鈕，每一張臉都可以數位化，用25個數字做為代表。以相同方式，兩位科學家也設計出另外25個數位量表，分別代表人臉的其他特徵，如眼睛的顏色、肌肉的鬆緊，或皮膚的光滑度等。兩組數字所形成的組合，代表每一張不同臉形的編碼。
接下來，他們讓兩隻猴子觀看一張張人臉，也在猴子腦部負責臉形辨識的區域安裝了將近100個電極，測量這100個神經細胞看到特定人臉時的反應，利用他們所設計的演算法，找出25乘25個指標相對應的神經活動。也就是說，他們可以把猴子對臉形的辨識，準確轉換成神經細胞活動的數位編碼，而且每一個臉形的編碼都有一致性。這個成就非同小可，是神經科學研究上的一大突破！
最讓人大開眼界的是，他們可以利用電極調整神經細胞的活動量，整合出25乘25向量中的一組數位編碼的型態，看猴子是否對那編碼的原來臉形有所認識？答案是肯定的！科學家經由猴子腦內神經活動，準確預測牠所看到的外界臉形模樣。看完這篇石破天驚的報告，我除了感動，還是感動！這個研究照出一道曙光：有一天我們真的可能由腦神經活動的數位編碼，知道你在想什麼？回憶什麼？進一步，何謂一見鍾情？為什麼情人眼中出西施？可能都會有解！你會因為可能的科學突破感到興奮不已？還是因為浪漫和隱私橫遭科學剖析而感到沮喪惶恐？但無論如何，科學的進展總是不等人的！
