从前额叶皮层活动的表征几何推断潜在行为策略

思考大脑中的隐秘计划

当你按照食谱操作或记住不断变化的购物清单时，大脑必须不断更新该记住什么、该丢弃什么。科学家们知道，即使外在行为看起来相同，我们也可能使用不同的内部“计划”来完成这些任务。本研究提出了一个看似简单却具有欺骗性的问题：通过直接观察脑活动，能否分辨出动物在保持信息时使用的是哪种隐含计划？

追踪“最后一项”的两种方式

研究人员训练了两只猴子执行一项具有挑战性的眼动任务，该任务考察工作记忆——我们用来短暂保存信息的心理便笺。在每次试次中，动物盯着中央点，同时一个红色方块在四个位置之一出现后消失。短暂延迟后出现第二个项目：要么是另一个红色目标，要么是出现在不同位置的绿色干扰物。经过第二次延迟后，中央点消失，提示猴子把目光移到最近目标的位置。有时最近目标就是第二个项目；有时则需要忽略干扰物、回到第一个目标的位置。

静默交换与持续更新

人体研究表明，对于此类任务至少存在两种广义策略。一种在专业文献中称为“回忆时检索”，大脑将多个项目安静地存放在不同的内部隔间中而不决定哪一个重要。只有当提示出现时，才把相关项取出并置入一种可指导行为的专门“读出”格式。另一种“复述并更新”风格中，大脑始终将当前重要项保存在该读出格式中，并在新信息到来时主动修订它。表面上，两种策略都能产生相同的正确眼动，因此仅凭行为无法判断使用的是哪一种。

构建数字大脑以解读真实大脑

为了解开这个问题，团队将真实大脑前部两个区域的神经活动与被训练成使用各自策略的计算模型的活动进行了比较。他们记录了外侧前额叶皮层的神经元活动——这一地区长期以来以维持信息而闻名——以及参与眼动计划的前弓状回皮层。同时，他们训练了许多循环神经网络——其活动随时间展开的人工系统——执行相同任务。有些网络被迫表现为“回忆时检索”系统，在最终时刻之前保持其输出不提供信息。另一些网络被迫表现为“复述并更新”系统，其输出会立即反映当前目标并在需要时发生变化。

解读思维的形状

作者并未专注于单个细胞，而是考察了群体活动在抽象空间中描绘出的整体“形状”，有点像绘出一群鸟的飞行轨迹而不是每只鸟的位置。在回忆型网络中，对记住的位置的活动模式在第一次延迟期间占据一组方向，随后在反应前旋转到另一组方向——这表明信息从隐藏存储转移到可读出的格式。在更新型网络中，相同的方向在两个延迟期间都承载位置信息，只有在相关目标改变时才出现平滑漂移。关键的检验是猴子的前额叶活动是否更像其中一种模式。

猴子揭示它们的安静策略

在多项测度上，两个脑区都与复述并更新的风格一致。位置信息的群体编码随时间稳定，出现干扰物时变化很小，并且在整个试次中几乎占据相同的活动“平面”。在一个延迟期上训练的解码器可以可靠地从另一个延迟期读出位置信息，正如在更新型网络中所见。相反，回忆型网络中出现的旋转和编码变形的特征在神经数据中大多缺失。这表明，在该任务中，猴子将当前重要的位置保持在一种主动、持续更新的状态，而不是将多个选项静默存储后再择时选择。

为何这种隐含选择重要

这项工作表明，我们可以不是从行为本身，而是通过将动物的大脑活动几何形状与精心设计的人工网络进行比较，推断出其潜在的心理策略。对于日常生活，这提示我们的脑在跟踪最新相关项时可能常常偏好一种持续的、基于复述的方法，至少在简单情境下是如此。更广泛地说，它为研究这些内部计划如何学习、如何随经验或疲劳而改变、以及不同脑区如何协同执行它们开辟了道路——即便对外部观察者来说，可见的只是一瞬的眼动。

引用: Qian, Y., Herikstad, R. & Libedinsky, C. Inferring latent behavioral strategy from the representational geometry of prefrontal cortex activity. Nat Commun 17, 2850 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69380-6

关键词: 工作记忆, 认知策略, 前额叶皮层, 神经网络, 决策制定