PLOS Biology | 视觉搜索中，大脑如何同时编码过去与现在的搜索目标

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基本信息

Title:Past and present goals are represented concurrently during visual search

发表时间:2026-05-04

发表期刊:PLOS Biology

影响因子:7.2

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研究背景

当我们在杂乱的办公桌上寻找钥匙时，我们的注意力不仅受到“我想找什么”（目标驱动，goal-driven）的引导，往往还会被“我昨天在哪里找到过它”（历史驱动，history-driven）的经验所左右。在认知神经科学中，这两种力量被认为共同塑造了大脑的“空间优先级地图”（spatial priority map），从而决定了注意力的最终落点。

然而，长期以来，研究者很难在神经层面上同时追踪这两种机制。主流观点认为，目标驱动的注意依赖于持续的神经元放电，而历史驱动的注意则依赖于改变短期突触权重的“活动静息”（activity-silent）机制。由于底层神经机制截然不同，以往的研究往往只能孤立地观察其中一种，难以回答一个关键问题：在真实的视觉搜索中，目标与历史经验究竟是如何在大脑中整合与竞争的？

近期发表于 PLOS Biology 的一项研究打破了这一僵局。研究者通过对两项视觉搜索任务的脑电（EEG）数据进行深度的多变量模式分析，成功将目标驱动与历史驱动的信号置于同一分析框架下。这项工作不仅证明了过去与现在的目标在大脑中是并行存在的，还揭示了历史经验对注意力的影响比我们想象的更加“固执”。

研究核心总结

这项研究重新分析了超过十万个试次的 EEG 数据，通过倒置编码模型（IEM）和表征相似性分析（RSA），清晰地拆解了视觉搜索过程中“过去”与“现在”的神经动态。

一、 即使毫无用处，大脑仍会短暂唤醒“上一次”的目标位置

在第一项视觉搜索实验中，参与者需要在干扰物中寻找特定朝向的线段。行为学结果毫不意外地展现了跨试次启动效应（intertrial priming）：当当前目标位置与上一次目标位置越接近时，参与者的反应越快、准确率越高。

更关键的是神经层面的发现。研究者利用 IEM 对脑电电压拓扑图进行解码，发现当新的搜索阵列出现后不久（约 250 毫秒左右），大脑短暂而清晰地“重现”了上一个试次的目标位置。需要强调的是，实验中的目标位置是完全随机的，上一次的位置对当前任务毫无预测价值。这表明，历史经验的神经唤醒并不依赖于任务相关性，而是一种自发的神经反应。

Fig 1. 实验1的任务设计与结果：行为学上呈现空间启动效应，脑电解码则揭示了前一次目标位置在当前试次中被短暂而清晰地神经唤醒。

如果参与者提前确切知道下一个目标会出现在哪里，这种对过去经验的无用唤醒还会发生吗？在实验 2 中，研究者引入了 100% 有效的空间线索（Covert 条件），允许参与者在搜索阵列出现前，提前将隐性注意力转移到即将出现目标的位置。

令人惊讶的是，即使在强烈的自上而下目标驱动下，前一次的目标位置依然在神经层面被激活了。事实上，当提示线索一出现，大脑就开始表征上一次的目标位置，并在搜索阵列出现后再次将其唤醒。这说明，历史经验在优先级地图中的重现是极其僵化的，哪怕这种重现对当前明确的搜索任务毫无帮助，甚至可能产生干扰，大脑依然无法抑制它的出现。

Fig 2. 实验2的任务设计与结果：即使参与者通过线索提前将注意力转移到当前目标位置（Covert条件），前一次的目标位置依然在神经层面被激活。

为了直接比较这两种底层机制不同的信号，研究者引入了表征相似性分析（RSA）。这种方法不依赖于特定的神经激活模式，而是通过计算神经信号的多元距离，独立地追踪当前目标与前一次目标。

RSA 的结果给出了最核心的结论：在视觉搜索期间，当前目标位置（目标驱动）与前一次目标位置（历史驱动）解释了脑电活动中完全不同的方差，并且它们是同时被表征的。虽然当前目标的神经表征强度更高、持续时间更长（贯穿整个试次），但前一次目标的表征也确凿地与之并行存在。这直接证明了优先级地图是由多个独立的图层叠加而成的，且目标与历史图层在搜索过程中处于同时激活的状态。

Fig 3. 表征相似性分析（RSA）结果：在不同的搜索难度和线索条件下，大脑都在同时且独立地表征当前目标位置与前一次目标位置。

研究意义

这项研究在理论和方法学上都做出了重要推进。

在理论层面，它挑战了关于“活动静息”工作记忆的传统假设。以往理论认为，处于休眠状态的过去经验只有在变得与当前任务相关时才会被唤醒。但本研究表明，即使完全无关，历史经验也会被唤醒。研究者据此提出了“操作即唤醒”（operate-to-reactivate）框架：空间优先级地图是一个高度整合的结构，只要你为了当前任务调用了目标驱动图层，潜藏在历史驱动图层中的信息就会被自动“连带”激活。

在方法学层面，该研究证明了 RSA 能够有效地将依赖持续放电的信号与依赖突触权重的信号放在同一尺度下进行比较，这为未来同时研究目标、刺激显著性和历史经验如何共同争夺注意力提供了强大的分析范式。

当然，研究也保留了谨慎的边界。跨试次启动效应虽然是历史驱动注意的典型代表，但其他形式的选择历史（例如对干扰物规律的统计学习）是否也遵循完全相同的并行时间进程，仍需要未来研究进一步验证。

分享人：饭鸽儿

审核：PsyBrain 脑心前沿编辑部

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