可操纵物体加工揭示视觉、功能与操控属性的不同神经与行为特征

大脑如何理解日常工具

拿起一把剪刀或在锁中转动钥匙看似轻而易举，但这些简单动作背后是大脑内部复杂的协同。该研究提出了一个看似简单的问题：当我们观察和使用像工具这样的日常物体时，大脑是否将它们的外观、使用方式和用途视为三类不同的信息？通过将这些成分拆分开来，研究人员展示了大脑在组织物体知识方面具有令人惊讶的结构性和高效性。

视觉、操控与用途作为独立线索

作者关注“可操纵物体”，例如剪刀、钥匙和画笔——这些我们可以抓握并用来实现目标的物品。他们将我们关于这些物体的知识分为三类。第一类是视觉：物体的外观，包括形状、颜色和材质。第二类是操控：我们如何用手和手指来使用它，例如精确的捏持或全手掌握。第三类是功能：物体的用途——剪切、清洁、开锁等。早期对脑损伤患者的研究提示这些知识类型可能会各自受损，但在健康大脑中当三者并列研究时，它们如何被组织仍不清楚。

测试大脑对相似物体的感知

为探查这种组织方式，团队基于数千条志愿者描述，为80种工具建立了详细的特征列表。对于每一对物体，他们计算了在外观、操控方式或功能上的相似度。然后，在一系列行为实验中，参与者看到一串展示同一物体不同版本的图像，随后出现一个新物体，该新物体在三类知识中的某一维度上要么非常相似、要么中等相似、要么非常不同，而其余两类大致保持不变。任务很简单：一旦注意到物体发生变化就按下按钮。在三类知识中，当新物体在被测维度上与之前的物体更相似时，人们察觉变化的速度更慢，这表明视觉、操控或功能上的相似性各自独立地使物体更难以区分。

观察大脑活动的适应与“释放”

在配套的脑成像实验中，另一组志愿者在磁共振成像（MRI）仪中仅观看类似的物体图像序列，而不按按钮。研究人员使用了一种称为适应的技术：当同一类型的物体反复呈现时，相关脑区的活动往往下降，然后在出现有意义的不同物体时反弹或“释放”。通过仅在某一知识类型上逐步改变最终物体与先前物体的相似度，团队能够观察到大脑中哪些区域的响应随着物体变得不那么相似而增强。视觉相似性主要在腹侧视觉通路的区域驱动了渐进变化，包括梭状回及其邻近区域，这些区域已知负责处理形状、材质和表面特征。手部使用的相似性影响了背侧视觉通路的区域，特别是顶内沟周围，这些区域参与指导抓握和手部运动。功能相似性则塑造了外侧枕颞区的反应，这些区域被认为编码更高层次的行动目标，例如“剪切”或“打开”。

不同知识类型汇合之处

尽管每种信息类型都有其偏好的网络，但它们并非完全孤立。颞叶中部的一些区域，特别是内侧梭状回和侧沟，显示出对多种知识类型的敏感性。这些区域处于十字路口，连接着参与视觉、手部控制和动作理解的区域。作者提出这些区域可能充当整合中心，将物体的外观、使用方式和用途结合成更丰富的统一表征。一旦形成这种整合的图像，它可以与顶叶和额叶区域共享，以支持与物体之间的流畅、目标导向的交互。

对日常生活的意义

对非专业读者而言，关键在于大脑并不把“剪刀”存放在一个单一的心理盒子里。相反，它将物体分解为至少三条交织的线索：外观、使用所需的手部动作以及用途。每一条都由部分独立的大脑区域处理，并且按照不同物体在该维度上的相似性来组织。这种分工有助于解释为什么一些患者可以识别物体但不知道如何使用它，或能描述其用途却无法执行相应动作。更广泛地说，这项研究表明，我们瞬间识别和使用工具的能力建立在一个精细调节的系统之上，该系统区分并整合不同类型的知识，使我们能够轻松地在充满物体的世界中行动。

引用: Valério, D., Peres, A. & Almeida, J. Manipulable object processing reveals distinct neural and behavioral signatures for visual, functional, and manipulation properties. Commun Psychol 4, 28 (2026). https://doi.org/10.1038/s44271-026-00393-z

关键词: 物体识别, 工具使用, 大脑网络, 视觉认知, 神经科学