科技日報記者 張夢然

大腦如何推斷兩件事之間的關(guān)系？科學(xué)家通過實驗任務(wù)對人類大腦活動進行記錄，創(chuàng)建了一個獨特的數(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、西達賽奈醫(yī)療中心團隊此次對17名癲癇患者的3000多個神經(jīng)元進行了腦電記錄，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)集幫助團隊首次監(jiān)測了腦細胞進行推理的全過程。

團隊發(fā)布了一個簡單推理任務(wù)并同時記錄神經(jīng)元活動。任務(wù)中，參與者通過反復(fù)試驗發(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)會了一組圖像的關(guān)聯(lián)，團隊就會立即切換聯(lián)系。

切換后，參與者會作出錯誤判斷，但他們也能快速意識到所有圖像按鈕關(guān)系均已改變，進而推斷出新的規(guī)則。這項實驗任務(wù)所涉及的大腦處理過程，在現(xiàn)實生活中也經(jīng)常出現(xiàn)。

研究中，團隊揭示了推理、推斷、計劃甚至調(diào)節(jié)情緒這些思維在神經(jīng)元活動中的物理表達。他們利用精心設(shè)計的AI工具，整合了此前神經(jīng)元的記錄，將參與者大腦活動轉(zhuǎn)化為幾何形狀。這些形狀占據(jù)了驚人的數(shù)千個維度，而不是人們熟悉的三維（3D）呈現(xiàn)。

團隊表示，這些高維幾何形狀甚至無法在計算機顯示器上看到，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。

團隊發(fā)現(xiàn)大腦在推理成功和不成功時活動形狀有明顯差異。此外，他們確認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，一個有趣的案例是第一次在倫敦租車的美國司機。因為英國的左側(cè)駕駛道路規(guī)則與美國正好相反。美國司機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γ孳嚵髦?。其實，此類情況在世界很多地區(qū)都會遇到，而人類也經(jīng)常需要調(diào)用認知過程來快速了解新環(huán)境并采取行動。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，竟然是連計算機都無法顯示出來的數(shù)千維度。