嗡～嗡～嗡～來認臉
傳統觀點認為，像哺乳動物那樣複雜的大腦才有能力辨識臉孔，但是有些昆蟲卻深諳此道，令人稱奇！
撰文／提貝茨（Elizabeth A. Tibbetts）戴爾（Adrian G. Dyer）
翻譯／林慧珍
重點提要
■直到最近科學家都還認為，動物要能夠辨識臉孔，需要有像哺乳類動物一樣大的腦才行。
■但是針對胡蜂和蜜蜂的研究顯示，一些腦容量小的昆蟲也有辨識臉孔的能力。
■這些昆蟲使用的臉孔辨識機制，與人類用來分辨不同臉孔的方式類似。
■這項發現，將有助於軟體開發人員改進臉孔辨識軟體。
花園裡飛來飛去的胡蜂和蜜蜂看似頭腦簡單，牠們築巢、採集花蜜、養育後代、而後死亡，壽命通常只有一年或甚至不到。然而，有些蜂類能夠辨識同伴的臉孔，牠們這種智能完全不讓人類和其他靈長類動物專美於前。
說得更具體些，有一種胡蜂能夠感知彼此並記憶同伴的臉部特徵，並利用這樣的資訊來分辨不同個體，進行後續的互動，就像人類能認得並記住家人、朋友、 同事的臉孔，讓他們在社會環境中知所進退。此外，即使是那些在野外環境下通常不會記住臉孔的昆蟲，也能因訓練而學會辨認臉孔，有時甚至還能學會分辨人臉。
一個廣為接受的智力理論認為，人類為了因應複雜社會的挑戰，必須辨認並記住許多個體，因而演化出特大號的大腦。但自從發現大腦容量不到人類 0.01%的生物也能夠識別不同個體之後，科學家不得不思考：這驚人的能力如何演化而來？昆蟲之所以能辨別臉孔，是基於大腦的哪些功能？尤其如果能解答後 者，可望幫助軟體設計者改進臉孔辨識軟體。
偶然的大發現
許多科學發現往往來自某個幸運的意外，同樣地，研究人員也是在無意間發現胡蜂能分辨彼此。2001年，本文作者之一提貝茨還是個年輕的研究生，當時她正深 入研究紙巢蜂（Polistes fuscatus）的社會生活。研究的方法是在這種胡蜂的背部塗上各種色點，然後拍攝蜂群並追蹤個體間的互動情形。有一天，提貝茨意外拍攝到一群紙巢蜂， 當中有兩隻沒做記號，如果她不能找出辦法分辨這兩隻紙巢蜂，這些研究資料便不能採用。在觀看錄影帶時，她突然意識到，她也能從紙巢蜂臉孔天生的黃色、棕色 及黑色條紋與斑點，分辨出沒做記號的個體。她因此好奇，紙巢蜂是否也能因此分辨彼此？
提貝茨忍不住著手實驗，接下來她花了幾天時間，記錄紙巢蜂變化多端的臉孔圖案，並測試這種生物是否懂得利用這些圖案辨認不同個體。她用一種非常高科 技的方法（以牙籤沾取人體彩繪顏料）來改變紙巢蜂的臉部特徵，然後觀察此特徵對其社會行為造成的影響。紙巢蜂群內部很少有侵略行為，因此臉孔經過改變的紙 巢蜂，如果受到同巢夥伴較不友善的對待，這種行為改變就足以證明紙巢蜂會注意臉孔。
為了排除紙巢蜂可能是對顏料在視覺以外的其他特性產生反應，她也為某些紙巢蜂塗上顏料，不過沒有改變圖案，以此做為對照。她發現同巢夥伴對外表改變 的紙巢蜂表現出來的侵略性，明顯高過對照組；這些對照組紙巢蜂與同巢夥伴的互動並沒有太大變化。這項結果顯示，紙巢蜂確實會利用臉部圖案來識別不同個體。
提貝茨大感驚訝，光是想像人類如何辨識臉孔，就能想見這個發現有多麼驚人。首先，我們必須感知臉孔特徵的特定排列方式，如鼻子、嘴巴、眼睛和耳朵， 並且在我們的腦中，把這些排列與這個人的抽象訊息互相連結，例如，他或她是老闆或鄰居。然後每一次我們看到這個人，都必須快速想起這個關聯。
有趣的是，我們能準確認出臉孔的速度，勝於掌握其他類型的複雜視覺訊息。例如參加聚會時，你可以很快輕易記住參加者的臉孔，但卻往往需要更多的時間 和心力，才能記住獨特但看起來相似的圖案所組成的複合圖形，例如中文字。臉孔和中文字的組成，都是由複合元素拼湊成一體，但我們辨認臉孔的能力比辨識中文 字的能力強，因為演化賦予我們一個特別善於記住臉孔的大腦。事實上，在人類大腦中有個稱為梭狀回臉孔區（fusiform face area）的區域，專司臉孔辨識。這種辨識機制高度特化，光是把圖形上下顛倒就能讓我們認不出來。同樣地，即使只是微調一張臉的關鍵部位，例如眼睛，就能 夠影響我們辨認熟悉臉孔的能力。
儘管人類是一種善於辨認臉孔的動物，但還是有大約2%的人具有某種缺陷。一般認為，大多數臉部辨識能力缺陷和遺傳有關，不過也可能是在成年後因梭狀 回臉孔區受損造成。由於在人類社會中，社交認知相當重要，這種疾病算是一種失能。病情嚴重甚至可能無法認得自己的配偶和子女，就好像嘗試辨認花園裡不同的 岩石一樣困難。此外，這種社交發展的障礙往往發生在一些患有自閉症或其他疾病的人，原因可能與臉孔辨識能力缺陷有關。
由於臉孔辨識能力的特化很重要，提貝茨也想知道，到底紙巢蜂是獨立演化出類似的特化能力，或者牠們是以不同的方式來辨識臉孔。為了找到解答，她必須 先有可靠的方法來訓練紙巢蜂飛近被她設定為「正確」的圖像，並繞開不正確的圖像。通常，研究人員訓練像蜜蜂之類的社會性昆蟲，是讓牠們執行某種任務，並以 糖水當成做出正確選擇的獎賞。蜜蜂會為了糖水而努力工作，因為蒐集食物與同巢夥伴分享是牠們的主要工作之一。然而，紙巢蜂可以好幾個星期不吃東西還能存 活，因此一開始用糖水為獎勵來訓練紙巢蜂的做法無法奏效。提貝茨和她當時的研究生、目前在美國加州大學柏克萊分校的希恩（Michael Sheehan）發現，可藉由在紙巢蜂選錯圖像時施以小小的電擊，來訓練牠們從兩個圖像中選擇正確的圖像。
利用這種新的訓練方式，紙巢蜂學會了分辨五種不同類型的圖像：正常紙巢蜂的臉孔圖像、單純的黑白幾何圖案、整隻毛毛蟲（紙巢蜂在自然界的獵物）、去 除觸角的紙巢蜂臉孔圖像、胡亂拼湊的紙巢蜂臉孔圖像。這些紙巢蜂只要嘗試20次就能迅速準確學會選擇正常臉孔，但要學會分辨其他四類圖像，就比較困難。最 引人注意的是，光是移除紙巢蜂觸角或把臉部重新組合，就能大大降低這種令人印象深刻的臉孔辨識能力。
紙巢蜂在辨認正常臉孔與沒有觸角臉孔的能力差異，提供強有力的證據顯示紙巢蜂有專門用來辨認臉孔的神經系統。沒有觸角的臉孔，也是由與正常臉部相同 的顏色與圖案所組成，但是紙巢蜂的視覺系統無法可靠地處理改變過的圖像並識別為臉孔。移除觸角造成的影響顯示，紙巢蜂跟人類一樣，是透過某種全臉辨識的機 制來感知臉孔。也就是說，紙巢蜂是把整個臉孔視為一體來加以感知與辨識，而不是逐一分別辨認臉部的每個特徵。因此，所有元素必須完整並排列正確，才能順利 辨認臉孔。移除觸角對於紙巢蜂臉部辨識能力的影響，正如同人臉圖像上下顛倒、圖像亮度反轉或五官易位對人類臉孔辨識的影響。
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