神经球和打击:分类存在于大脑中的地方

在一场棒球比赛中，本垒裁判必须在瞬间将一个快速移动的球归类为一个球或一个好球。在芝加哥大学的一项新研究中，科学家们已经确定了大脑中编码这些视觉类别的区域。

当猴子们玩电脑游戏时，他们必须迅速确定移动的类别视觉刺激，神经记录显示大脑的活动编码了这些类别。令人惊讶的是，大脑的一个区域被称为后顶叶皮层表现出更快和更强的类别特定信号前额叶皮层这一区域通常与更高层次的认知功能有关。

“这是我们最接近这些抽象信号的来源，”大卫·弗里德曼博士说神经生物学在芝加哥大学。“这项研究的主要观点之一是顶叶皮层在分类过程中比我们预期的要多。”

大脑的关键功能之一是将周围世界的混乱进行分类。例如，大脑几乎可以立即将各种各样的四轮车辆归类为“汽车”的一般类别，使人能够迅速采取适当的行动。弗里德曼和他的实验室团队等神经科学家正在寻找大脑区域负责存储和分配这些类别。

弗里德曼说:“我们每分钟做出的决定数量是惊人的。”“从基本的生理学角度理解这一过程，必然会找到改进这一过程的方法，帮助人们做出更好的决定。这对于患有神经疾病，脑损伤或精神疾病这会影响决策。”

十年前，弗里德曼和他的同事进行的实验发现，神经元在前额叶皮层(PFC)中编码类别信号，该区域被认为控制着重要的心理任务，如决策、规则学习和短期记忆。但在随后的实验中，弗里德曼发现顶叶皮层中有一个叫做外侧顶叶内区(LIP)的区域，被认为主要参与基本的视觉和空间处理，也编码类别信息。

这项新研究将发表在该杂志上自然神经科学弗里德曼和研究生斯鲁斯·斯瓦米纳坦在分类任务中首次对前额叶皮层和顶叶皮层进行了直接比较。研究人员教猴子玩一个简单的游戏，在游戏中，猴子将不同方向移动的点分为两类。研究人员向受试者展示相隔一秒的两组移动的圆点，然后根据这两个刺激是属于同一类别还是不同类别来握住或松开操纵杆。

在这项任务中，科学家们记录了PFC和LIP的神经活动。这两个区域的神经元会根据学习的类别改变它们的活动;例如，增加一种类型的射击，减少另一种类型的射击。然而，与PFC记录的神经元相比，LIP中的类别特定神经元在任务中表现出更强和更快的活动变化(约70毫秒)。

“这两个大脑区域信号的相对时间为我们提供了关于它们在解决分类任务中的作用的重要线索。由于分类信息在顶叶皮层比前额叶皮层更早出现，这表明顶叶皮层可能更多地参与视觉分类过程，至少在这项任务中是这样。”弗里德曼说。

在一项实验中，科学家扔给实验对象一个曲线球，为顶叶皮层的重要性提供了更多证据。研究人员在两种学习类别之间的边界上向猴子展示了一组模糊的移动点，然后要求猴子将它们与第二组不模糊的点进行比较——这是一个没有正确答案的测试。实验对象被要求决定这些模糊的刺激属于哪一类，LIP神经元再一次比PFC神经元更接近于做出这个决定。

斯瓦米纳坦说:“在做决定的过程中，顶叶皮层的活动不仅是相关的，它甚至可以提前预测猴子会告诉你什么。”“你可以记录顶叶皮层的神经元活动，在很多情况下，可以非常可靠地预测猴子会报告什么。”

弗里德曼说，在人类中，这种模糊的刺激类似于裁判判断一个边缘球是球还是好球——这是这些实验中使用的视觉运动分类任务的一个高度专业化的现实世界例子。

“在很多方面，这是我们希望理解的过程，这个裁判判罚球和好球，”他说。“这是一种有趣的习得行为，对于一个人来说，表现得非常可靠是非常关键的，这是一种具有尖锐边界的空间分类，所以我们认为这是相同的过程。”

接下来，弗里德曼的实验室希望观察在类别学习过程中大脑是如何变化的，检查类别信号是首先在顶叶皮层出现，还是在转移到大脑的视觉区域之前在前额叶皮层开始。这一结果可能有助于科学家对大脑日常生活中一些最重要的任务进行逆向工程。

弗里德曼说:“做出有效的决定，时时刻刻评估你所处的每一种情况，对成功的行为至关重要。”“我们非常感兴趣的是大脑中发生了什么变化，让你不仅能识别刺激的特征，还能识别它是什么，它意味着什么。”

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