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为探究动作 - 感知耦合（action - perception coupling）中大脑是否存在共享神经表征（“common code”），研究人员训练非音乐家在钢琴上弹奏旋律后进行 fMRI 实验。结果表明，右侧前运动皮层存在跨模态表征，支持 “通用代码” 理论，为理解大脑机制提供依据。
在人类认知的奇妙世界里，我们常常不自觉地将动作和感知联系在一起。比如学习弹钢琴时，按下琴键的动作会与随之而来的声音紧密相连，这就是动作 - 感知耦合现象。长期以来，认知神经科学领域一直试图解开一个谜团：大脑究竟是如何进行这种感觉运动整合的呢？其中，一个备受关注的理论是共同编码原则，它认为在更高的抽象层面上，动作和感知存在一种共同的表征 “代码”。然而，这一 “通用代码” 始终未得到充分的验证。此前大多数相关研究主要集中在单一动作上，且对于复杂动作序列的大脑表征研究较少。同时，在听觉和运动领域应用交叉模态分类的研究也不多见。为了深入探究这些问题，来自德国马克斯?普朗克经验美学研究所（Max Planck Institute for Empirical Aesthetics）和瑞典卡罗林斯卡学院（Karolinska Institutet）等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究 ，其研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员为了验证在学习新旋律后，感知旋律声音与执行弹奏旋律的手指动作是否会在大脑中唤起相似的神经活动模式，设计了一系列实验。他们运用了多种关键技术方法：首先，采用功能磁共振成像（fMRI）技术，在参与者执行不同任务时扫描大脑，获取大脑活动数据；其次，运用多元模式分析（MVPA），通过机器学习来确定大脑活动模式是否能区分不同的心理内容，以此探究大脑区域对旋律的表征情况。
在实验过程中，研究人员招募了 27 名符合条件的非音乐家参与研究，最终 22 人纳入分析。实验分为两个阶段，第一天，参与者进行钢琴训练，学习弹奏两首不同旋律，并进行瑞典音乐辨别测试（SMDT）评估音乐听觉能力。训练过程中，参与者在熟悉键盘后，跟随 instructor 学习弹奏旋律，直至能熟练、无误地弹奏，且进行了无听觉反馈、闭眼想象弹奏等练习，以模拟 fMRI 实验中的任务。第二天，参与者在 3T 西门子 Prisma 扫描仪上进行 fMRI 实验，实验包含两种条件：一是在无声音的情况下弹奏旋律并想象声音（演奏条件）；二是聆听旋律但不弹奏，同时想象手指动作（聆听条件）。
研究结果令人瞩目。在单变量分析（Univariate analyses）中，发现聆听和演奏条件下，多个感兴趣区域（ROIs，包括前运动皮层和听觉皮层等）均被激活，且双侧辅助运动区（SMA）、初级感觉和运动皮层以及后顶叶皮层等区域在两种条件下都表现出活跃状态。这表明动作观察、想象和执行确实会募集大量重叠的大脑区域。
在基于 ROI 的多变量模式分析（ROI - based multivariate pattern analysis）中，聆听条件下，所有 ROIs 的分类准确率均高于随机水平，说明旋律能从这些区域成功解码。而演奏条件下，只有前运动区域的分类准确率显著，听觉区域不显著，这可能是由于演奏时听觉想象受到扫描仪噪音干扰。更为重要的是，在交叉模态 MVPA（Cross - modal MVPA）中，右侧背侧前运动皮层（PMD）和腹侧前运动皮层（PMV）在组水平上表现出高于随机水平的准确率，表明这些区域形成了共同的序列特异性模式，支持了共同编码原则。不过，左侧 PMD 和 PMV 未发现跨模态表征，听觉皮层（STG）也不存在跨模态表征，这可能与演奏时听觉想象的不一致性以及扫描仪噪音有关。此外，研究还发现个体间分类准确率存在差异，但这种差异与听觉能力无关。
从研究结论和讨论来看，该研究意义重大。一方面，研究表明通过短期训练可以建立复杂习得技能及其感觉后果的序列特异性表征。在聆听和演奏条件下，双侧 PMD 和 PMV 中都存在旋律特异性的神经活动模式，而 STG 仅在聆听条件下表现出明显模式。另一方面，右侧 PMD 和 PMV 中存在跨模态表征，这意味着这些区域在整合动作和声音方面发挥着重要作用，包括涉及心理意象的任务。同时，对单个参与者的分析表明，认知策略和相关神经过程的空间定位存在个体差异。这一研究为进一步理解大脑在动作 - 感知耦合中的机制提供了重要依据，也为后续研究指明了方向，如探究个体神经编码差异的影响，以及在长期训练中共同编码是否能在不同脑区建立等问题。
