脑机启侦|思想如何影响眼睛所见（04.22）

当你在杂货店看到一袋胡萝卜时，你会想到土豆和欧洲防风草还是辣鸡翅和芹菜？当然，这取决于您是在做一顿丰盛的冬季炖菜还是准备观看综艺。

大多数科学家都认为，对物体进行分类——比如把胡萝卜归类为根茎类蔬菜还是派对零食——是前额叶皮层的工作。前额叶皮层是大脑中负责推理和其他高级功能的区域，这些功能使我们变得聪明和社交。从这个角度来看，大脑的眼睛和视觉区域就像一个监控摄像头，收集数据，并以标准化的方式处理，然后再进行分析。

然而，哥伦比亚大学工程学院助理教授、生物医学工程师兼神经科学家努蒂达·伦格拉特萨米塔维马纳领导的一项新研究表明，大脑的视觉区域在理解信息方面发挥着积极作用。至关重要的是，它解读信息的方式取决于大脑其他部分的工作内容。

No.1

视觉系统的主动角色 INTRODUCTION

这项研究于4月11日发表在《自然通讯》杂志上，提供了迄今为止最清晰的证据，表明早期感官系统在决策中发挥着作用，并且能够实时调整。它还为设计能够适应新情况或意外情况的人工智能系统指明了新方法。

研究结果挑战了大脑早期感觉区域仅仅“观察”或“记录”视觉输入的传统观点。事实上，人类大脑的视觉系统会根据你的意图主动重塑其对同一物体的呈现方式。即使在非常接近进入眼睛的原始信息的视觉区域，大脑也能根据当前任务灵活地调整其解读和响应。这为我们思考大脑灵活性提供了一种新的视角，并为如何构建基于这些神经策略的更具适应性的人工智能系统开辟了思路。之前的研究大多关注的是人们如何随着时间的推移学习类别，但这项研究重点关注灵活性：大脑如何在组织相同视觉信息的不同方式之间快速切换。

No.2

fMRI下的认知实验 /METHOD

我们利用功能性磁共振成像 (fMRI) 观察受试者在将形状归类时的大脑活动。实验的特别之处在于，形状分类的“规则”一直在变化。这让我们能够确定视觉皮层是否会根据我们定义的类别改变其对形状的呈现方式。

视觉系统的活动——包括初级视觉皮层和次级视觉皮层，它们直接处理来自眼睛的数据——几乎会随着每一项任务而改变。它们会根据人们使用的决策规则重新组织活动，这体现在当形状接近类别之间的灰色区域时，大脑的激活模式会变得更加明显。这些形状是最难区分的，因此，这恰恰是额外处理最有帮助的时候。

事实上，当人们在任务上表现更好时，我们可以在 fMRI 数据中看到更清晰的神经模式。这表明视觉皮层可能直接帮助我们解决灵活的分类任务。

No.3

从AI到医疗的广阔前景 /SIGNIFICANCE

灵活的认知是人类认知的标志，即使是最先进的人工智能系统，目前在执行灵活的任务方面仍存在困难。我们的研究结果或许有助于设计能够更好地适应新情况的人工智能系统。这些结果或许还能帮助我们理解认知灵活性在多动症或其他认知障碍等疾病中是如何失效的。这也提醒我们，即使在信息处理的早期阶段，我们的大脑也是多么卓越和高效。

我们通过研究灵活编码在神经回路层面的运作方式，进一步推动神经科学的发展。我们利用功能磁共振成像（fMRI）观察了大量的神经元。在一项新的后续研究中，我们通过记录颅骨内的神经活动来探究灵活编码的回路机制。这让我们能够探究人脑中单个神经元和神经回路是如何支持灵活的、目标导向的行为的。

我们也开始探索这些想法如何应用于人工智能系统。即使规则发生变化，人类也非常善于适应新的目标，但目前的人工智能系统往往难以实现这种灵活性。我们希望从人脑中学习到的知识能够帮助我们设计出更灵活地适应的模型，不仅能够适应新的输入，还能适应新的环境。

新闻来源：Columbia Engineering

论文参考：DOI:10.1038/s41467-025-58707-4