科技日?qǐng)?bào)記者 張夢然
大腦如何推斷兩件事之間的關(guān)系？科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)任務(wù)對(duì)人類大腦活動(dòng)進(jìn)行記錄，創(chuàng)建了一個(gè)獨(dú)特的數(shù)據(jù)庫，然后利用人工智能（AI）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為清晰的高維幾何形狀，首次闡明了人類大腦中推理的神經(jīng)過程。研究結(jié)果14日在《自然》雜志網(wǎng)站在線發(fā)表。
美國哥倫比亞大學(xué)祖克曼研究所、西達(dá)賽奈醫(yī)療中心團(tuán)隊(duì)此次對(duì)17名癲癇患者的3000多個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行了腦電記錄，這些志愿者在醫(yī)院接受了侵入性監(jiān)測以確定疾病發(fā)作源。該數(shù)據(jù)集幫助團(tuán)隊(duì)首次監(jiān)測了腦細(xì)胞進(jìn)行推理的全過程。
團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一個(gè)簡單推理任務(wù)并同時(shí)記錄神經(jīng)元活動(dòng)。任務(wù)中，參與者通過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)圖像與按下左鍵或右鍵之間的關(guān)聯(lián)。一旦參與者學(xué)會(huì)了一組圖像的關(guān)聯(lián)，團(tuán)隊(duì)就會(huì)立即切換聯(lián)系。
切換后，參與者會(huì)作出錯(cuò)誤判斷，但他們也能快速意識(shí)到所有圖像按鈕關(guān)系均已改變，進(jìn)而推斷出新的規(guī)則。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)所涉及的大腦處理過程，在現(xiàn)實(shí)生活中也經(jīng)常出現(xiàn)。
研究中，團(tuán)隊(duì)揭示了推理、推斷、計(jì)劃甚至調(diào)節(jié)情緒這些思維在神經(jīng)元活動(dòng)中的物理表達(dá)。他們利用精心設(shè)計(jì)的AI工具，整合了此前神經(jīng)元的記錄，將參與者大腦活動(dòng)轉(zhuǎn)化為幾何形狀。這些形狀占據(jù)了驚人的數(shù)千個(gè)維度，而不是人們熟悉的三維（3D）呈現(xiàn)。
團(tuán)隊(duì)表示，這些高維幾何形狀甚至無法在計(jì)算機(jī)顯示器上看到，但他們可使用數(shù)學(xué)技術(shù)在3D演示中看到它們的簡化版本。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)大腦在推理成功和不成功時(shí)活動(dòng)形狀有明顯差異。此外，他們確認(rèn)了海馬體不僅是描繪了物理空間的“神經(jīng)地圖”，還構(gòu)建了與推理和學(xué)習(xí)相關(guān)的“認(rèn)知地圖”。
該研究使科學(xué)家首次了解大腦如何讓人類靈活地學(xué)習(xí)和執(zhí)行任務(wù)，并應(yīng)對(duì)不斷變化的條件和經(jīng)歷。研究成果有助于引導(dǎo)科學(xué)家找到干預(yù)措施，治療與記憶和決策缺陷有關(guān)的神經(jīng)和精神疾病。
在腦研究中，一個(gè)有趣的案例是第一次在倫敦租車的美國司機(jī)。因?yàn)橛淖髠?cè)駕駛道路規(guī)則與美國正好相反。美國司機(jī)要顛覆他們已掌握的多種規(guī)則，而這種思維轉(zhuǎn)變，需要一方面專注駕駛的偏向性，一方面作出推斷以避免直接駛?cè)雽?duì)面車流中。其實(shí)，此類情況在世界很多地區(qū)都會(huì)遇到，而人類也經(jīng)常需要調(diào)用認(rèn)知過程來快速了解新環(huán)境并采取行動(dòng)。本文的研究第一次呈現(xiàn)了神經(jīng)元如何為此放電，而當(dāng)它們“齊聲歌唱”時(shí)，竟然是連計(jì)算機(jī)都無法顯示出來的數(shù)千維度。
