人类大脑抽象选择表征的神经机制研究

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:Communications Biology 5.2

编辑推荐:

  为探究抽象选择表征是否源于选择 - 反应关联的动态变化或反映决策的普遍属性,研究人员利用 MEG 记录参与者执行运动辨别任务时的神经活动。发现人脑在选择 - 反应关联稳定时仍存在抽象选择表征,信号在额顶叶最强,为理解决策神经机制提供新视角。

  
在日常生活中,我们的许多决策往往与特定的运动行为紧密相连,比如看到红灯会踩刹车,听到电话铃声会伸手接听。传统的感知决策理论认为,选择的形成与执行特定动作的计划是不可分割的,这种 “具身化” 观点强调选择是行动意图的体现。然而,当我们面临无法立即执行动作的决策时,比如在脑海中规划明天的行程,大脑是否能够独立于具体动作来表征选择?这一问题引发了神经科学领域的长期争论:抽象选择表征是仅在需要灵活切换动作的特殊情境下出现,还是决策过程的普遍特征?

为了揭开这一谜团,德国图宾根大学(University of Tübingen)的研究团队开展了一项深入研究,相关成果发表在《Communications Biology》上。该研究旨在明确当选择 - 反应关联保持稳定时,大脑是否仍然存在抽象的选择表征,从而验证抽象选择是否为决策的固有属性。

研究人员采用了磁 encephalography(MEG,一种高时间分辨率的脑活动记录技术),对 16 名参与者在执行上下方向视觉运动辨别任务时的神经活动进行了实时监测。任务中,参与者通过左右按键报告感知到的运动方向,且每个任务块(包含 96 次试验)内的选择 - 反应映射(如左按键对应 “上” 或 “下”)保持稳定,仅在块间随机切换。通过这种设计,研究团队得以分离选择(向上 / 向下判断)、运动反应(左 / 右按键)和视觉刺激的神经信号。

研究使用的关键技术方法包括:

  1. cvMANOVA(交叉验证多元方差分析):用于量化神经活动中与选择、反应、刺激方向相关的信息,排除变量间的混淆效应;
  2. 刺激校正技术:通过扣除单个脉冲的神经活动平均值,分离出独立于刺激的选择相关信号;
  3. 搜索光分析(Searchlight Analysis):定位选择和反应信息的皮层分布差异;
  4. 跨变量信息分析:评估选择与反应神经表征的重叠程度。

结果


1. 神经信号分离:刺激、反应与选择的独立表征


通过 cvMANOVA 分析发现,大脑能够分别编码视觉刺激方向、运动反应和感知选择的信息。刺激方向的神经信息在脉冲呈现后约 300 ms 达到峰值,并随运动一致性(刺激中同向运动点的比例)增加而增强(尽管未达统计显著);运动反应的信息则在刺激后期开始上升,在反应提示后达到峰值,且与一致性无关。最重要的是,即使扣除刺激和反应的影响,感知选择的神经信息仍然显著存在,其信号强度在刺激期间逐渐增强(符合证据累积过程),并在反应后达到峰值。

2. 稳定关联下的抽象选择表征


研究进一步比较了选择 - 反应映射重复块与切换块中的神经信号,发现两种条件下的选择信息均显著存在,且无统计学差异。这表明即使选择与动作的对应关系长期稳定,大脑仍以抽象方式表征选择,而非依赖即时的动作计划。

3. 皮层分布差异:额顶叶主导选择,中央区主导反应


搜索光分析显示,选择相关信号主要集中在顶叶和额叶区域,尤其在刺激期间表现突出;而反应相关信号则集中于中央区(运动皮层附近),在反应前后最为显著。这种空间分离表明选择与反应由不同神经群体编码。

4. 神经表征的独立性与重叠性


跨变量信息分析表明,选择与反应的神经模式虽存在小部分重叠,但整体上相互独立。实际测量的跨变量信息显著低于 “完全重叠” 的预期值,同时又高于随机水平,提示两者由部分分离但非完全正交的神经群体支持。

结论与讨论


这项研究首次在选择 - 反应关联稳定的任务中观察到抽象选择表征,突破了 “抽象选择仅存在于动态或动作无关情境” 的传统认知。结果表明,抽象选择可能是决策过程的固有特征,而非特殊情境下的适应性机制,这对 “具身化” 决策理论提出了挑战。额顶叶网络在选择表征中的核心作用,与非人类灵长类和人类的既往研究一致,提示该网络可能是跨物种的抽象决策枢纽。

研究还为理解感知稳定性和序列依赖效应提供了新视角。例如,先前研究发现感知选择的序列依赖性(如前一次选择影响当前判断)呈现吸引性偏差,而运动反应的序列依赖则多为排斥性偏差,这种差异可能源于选择与反应表征的神经机制分离。此外,抽象选择表征可能在学习导航或多模态决策中发挥关键作用,帮助大脑整合不同动作情境下的选择经验。

尽管研究采用的组块设计仍存在一定程度的映射切换,但稳定块的存在已足以证明抽象表征的普遍性。未来研究可进一步探索完全固定映射条件下的神经机制,以更彻底地验证结论。总之,该研究为揭示人类决策的神经本质提供了关键证据,表明大脑在形成选择时可能存在一个独立于动作的抽象阶段,这一发现对神经科学、心理学及人工智能决策模型的发展均具有重要启示意义。

相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号