В 1872 году Чарльз Дарвин отметил, что для выживания младенцев необходимо, чтобы взрослые окружали их заботой. Под влиянием Дарвина австрийский этолог Конрад Лоренц, один из первых исследователей поведения животных в природе, задался вопросом, какие именно черты младенцев вызывают у взрослых врожденные реакции, связанные с заботой о потомстве. В 1971 году Лоренц высказал мысль, что роль таких черт могут играть сравнительно крупные головы младенцев, а также большие, низко посаженные глаза и пухлые щеки. Лоренц предположил, что эти черты воздействуют на “врожденный пусковой механизм”, включающий у родителей предрасположенность к родительской любви и заботе о детях.

Как выглядит представление о лицах на клеточном уровне? Есть ли в мозге определенные клетки, играющие роль “строительных блоков”, совместная активность которых составляет представление того или иного лица? Или образ конкретного лица закодирован в особых клетках? Два возможных ответа появились в 70‑х годах XX века после открытий Хьюбела и Визеля. Первый ответ предполагал иерархический механизм целостного восприятия: существование особых “верховных” нейронов наверху иерархии, кодирующей образы отдельных людей (например бабушки) – или любых других сложных объектов. Согласно этой версии, у нас может быть более одного “нейрона бабушки”, и все они могут реагировать на различные аспекты облика бабушки, но каждый содержит осмысленное представление ее образа. Альтернативный ответ предполагал частичное, распределенное представление. Согласно этой версии, у нас нет “нейронов бабушки”, а представление о ее облике закодировано в конфигурациях активности ансамбля нейронов – своего рода нейронной коллегии кардиналов.

Первым разобраться, какой из ответов верен, попытался Чарльз Гросс. В 1969 году, отталкиваясь от результатов Бодамера и Хьюбела с Визелем, Гросс начал регистрировать активность отдельных нейронов нижней височной коры обезьян, то есть того отдела головного мозга, повреждения которого у людей могут вызывать прозопагнозию. Гросс обнаружил, что некоторые клетки этого отдела демонстрируют специфическую реакцию на показ обезьяне кистей человеческих рук, а некоторые – человеческих лиц. Более того, клетки, реагирующие на руки, активировались лишь в том случае, если обезьяне были видны пальцы, и не активировались, если пальцы были плотно сжаты. Кроме того, активация этих клеток происходила вне зависимости от того, как была ориентирована демонстрируемая кисть (например, вверх или вниз были направлены пальцы). Клетки, реагировавшие на лица, активировались не избирательно, лишь при виде конкретных лиц, а при виде любого лица. Гросс предположил, что определенное лицо, например бабушки, должно быть представлено в мозге небольшим специализированным набором нейронов – своего рода ансамблем “нейронов бабушки”, или “нейронами предбабушки”.

Конец XX века был отмечен внедрением методов нейровизуализации, таких как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ). Эти методы произвели настоящую революцию в науке о мозге. Они дали ученым возможность измерять приток крови к нервным клеткам и потребление ими кислорода, коррелирующее с их активностью. ПЭТ и ФМРТ позволяют отслеживать не активность отдельных нейронов, а лишь активность участков мозга, включающих тысячи клеток. Тем не менее в распоряжении исследователей впервые оказались инструменты, позволяющие выявлять участки мозга, связанные с конкретными психическими функциями, и непосредственно следить за их выполнением.

Методы нейровизуализации позволяют увидеть, какие участки мозга активируются, когда человек выполняет то или иное задание. Хорошую службу они сослужили ученым, исследующим механизм распознавания лиц. В 1992 году Жюстин Сержан и ее коллеги из Монреальского неврологического института установили с помощью ПЭТ, что когда здоровые испытуемые смотрят на лица, в обоих полушариях активируются входящие в состав пути “что” веретеновидная извилина и передняя височная кора. А используя ФМРТ, Айна Пьюс и Грегори Маккарти из Йельского университета (а затем Нэнси Кэнуишер из Массачусетского технологического института) выделили отдел нижней височной коры, специализирующийся на распознавании лиц. Этот отдел – зона распознавания лиц веретеновидной извилины – активируется всякий раз, когда мы смотрим на какое-либо лицо. Когда мы смотрим, например, на дом, активируется не зона распознавания лиц, а другой специфический отдел мозга. При этом активация зоны распознавания лиц наблюдается и тогда, когда мы просто представляем себе чье-либо лицо. Нэнси Кэнуишер обнаружила, что может определить, о лице или о доме думает испытуемый, по тому, какой отдел его мозга активируется.

В 2006 году Маргарет Ливингстон, продолжившая изучение механизма распознавания лиц, объединила подход Айны Пьюс и Нэнси Кэнуишер с подходом Чарльза Гросса, воспользовавшись и ФМРТ, и регистрацией электрических сигналов отдельных нейронов в головном мозге обезьян. Ученица Хьюбела и наследница традиции Куффлера, она, в свою очередь, обучала Дорис Цао и Винриха Фрайвальда и сотрудничала с ними. Работы Ливингстон, Цао и Фрайвальда существенно расширили наши представления о механизмах восприятия лиц, задействованных в веретенообразной извилине и за ее пределами. С помощью ФМРТ эти исследователи устанавливали, какие области нижней височной коры активируются, когда обезьяна видит лицо, а с помощью регистрации электрических сигналов определяли, как на демонстрацию лиц реагируют нейроны этих областей.

Исследователи выделили в нижней теменной коре обезьян шесть участков, реагирующих исключительно на лица. Эти участки назвали лицевыми. “Лицевые участки” представляют собой маленькие области, около 3 мм в диаметре, лежащие вдоль оси, идущей от задней к передней части нижней височной коры. Вероятно, эта система распознавания лиц имеет иерархическую структуру. Один из участков (задний) расположен в задней части нижней височной коры, два – в середине, а три (передние) – в передней ее части. Цао и Фрайвальд вводили электроды в указанные шесть участков и регистрировали активность нейронов. Они установили, что клетки “лицевых участков” специализируются на обработке информации, связанной с лицами, и что в средних двух участках 97 % нейронов реагирует только на лица. Эти открытия подтвердили данные Нэнси Кэнуишер об особой роли веретеновидной извилины в распознавании лиц и позволили предположить, что в мозге приматов информация о лицах обрабатывается специализированными отделами.

Позднее Цао и Фрайвальд перешли к изучению связей шести “лицевых участков”. Ученые с помощью нейровизуализации наблюдали активность во всех шести участках во время электрической стимуляции одного из них. Активация одного из двух средних участков вызывала активацию нейронов в остальных пяти, а значит, все шесть участков связаны и, вероятно, образуют систему, специализирующуюся на обработке лишь одной категории объектов высокого уровня – лиц.

Фрайвальд и Цао задались вопросом, какого типа зрительная информация обрабатывается в каждом из шести участков. Они сосредоточились на средних и обнаружили, что нейроны данных двух участков распознают лица, используя стратегию, которая совмещает частичный и целостный подходы. Исследователи показывали обезьянам рисунки и фотографии лиц разной формы и ориентации и установили, что средние “лицевые участки” настроены на восприятие геометрии черт: они устанавливают форму видимого лица. Кроме того, клетки этих двух участков реагируют на ориентацию голов и лиц: они специализируются на восприятии лиц целиком и в обычном положении.