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基本信息

Title:A shared code for perceiving and imagining objects in human ventral temporal cortex

發(fā)表時間:2026-04-09

發(fā)表期刊:Science

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引言

心理意象（mental imagery）之所以迷人，在于它讓人能在沒有外界輸入時，依然“看見”一個熟悉的人、一件物體，甚至預演尚未發(fā)生的場景。這種能力與記憶提取、行動規(guī)劃、藝術創(chuàng)作密切相關；當其失控時，又可能卷入焦慮、精神分裂癥和創(chuàng)傷后應激障礙等問題。也正因此，一個長期存在的核心問題始終存在：當我們在腦中想象一個對象時，大腦究竟是在調(diào)用真正的感覺表征，還是只是在同一大致腦區(qū)內(nèi)啟用另一套更抽象的回路？

過去大量功能成像研究支持“意象會借用感覺皮層”的觀點，尤其在視覺系統(tǒng)中最為典型。但這類證據(jù)的分辨率有限，只能說明某片區(qū)域在觀看和想象時都活躍，很難判斷究竟是不是同一批神經(jīng)元被再次激活，更無法確認這些神經(jīng)元是否沿用了與真實觀看相同的編碼規(guī)則。此前在人類腹側顳葉皮層（ventral temporal cortex, VTC）的單神經(jīng)元研究，已提示自由回憶時某些神經(jīng)元會再度放電，可問題仍未真正閉合：如果連“物體在這里究竟如何被編碼”都沒有先描清，便很難論證意象是在重建感覺代碼，而不只是觸發(fā)類別或語義聯(lián)想。

實驗設計與方法邏輯

作者在16名因癲癇定位而植入電極的患者中記錄VTC單神經(jīng)元活動。首先進行視覺篩查任務：受試者觀看500張圖像、每張重復4次，共記錄714個神經(jīng)元，其中456個被定義為視覺響應。隨后，研究者將圖像輸入AlexNet，取fc6層激活并經(jīng)主成分分析構建50維特征空間，再為每個神經(jīng)元估計“偏好軸”，檢驗其放電是否與圖像在該軸上的投影成比例變化。接著，他們用群體活動線性解碼物體特征、并在少量患者中加入沿偏好軸或正交軸生成的合成刺激，驗證該模型能否做出新預測。

核心發(fā)現(xiàn)

發(fā)現(xiàn)一：人類VTC中，多數(shù)視覺響應神經(jīng)元遵循的是“軸代碼”，而不只是類別選擇性

整篇論文的出發(fā)點，是先回答觀看物體時VTC到底如何編碼。Figure 1C–G顯示，人類VTC單神經(jīng)元確實存在明顯類別選擇性，但這并不足以解釋其全部反應模式。更關鍵的證據(jù)在Figure 2B–K：在456個視覺響應神經(jīng)元中，367個表現(xiàn)出顯著軸調(diào)諧，約占80%。這些神經(jīng)元的放電強度會隨著圖像在自身偏好軸上的投影值增加而單調(diào)變化，而沿正交軸則不呈現(xiàn)相同關系。Figure 2J和2K進一步表明，軸模型對神經(jīng)反應方差的解釋顯著優(yōu)于類別標簽模型和exemplar模型。

Figure 1. Selective visual responses in human VTC

Figure 2. Axis tuning in human VTC neurons

發(fā)現(xiàn)二：這套軸代碼不僅能擬合已有數(shù)據(jù)，還能支持觀看對象重建并預測合成刺激效應

如果軸代碼只是事后解釋，它的說服力仍有限。Figure 3A–E的重要性正在于，它把“模型擬合”推進到了“功能可操作”。作者匯集367個軸調(diào)諧神經(jīng)元的群體活動，利用線性解碼器反推出物體特征；Figure 3B顯示，預測特征與真實特征在多個維度上呈顯著正相關，F(xiàn)igure 3C–D則表明，借助輔助數(shù)據(jù)庫檢索得到的重建結果與原圖在視覺上具有較強對應。更進一步，F(xiàn)igure 3F–J通過閉環(huán)驗證說明，沿偏好軸外推生成的合成刺激能夠按預測更強地驅(qū)動相應神經(jīng)元，而沿正交軸變化則不會產(chǎn)生同等效果。

Figure 3. Reconstruction of stimuli from neural activity during viewing and construction of super stimuli

發(fā)現(xiàn)三：在意象任務中，部分軸調(diào)諧神經(jīng)元會按觀看時的同一規(guī)則重新激活

論文最核心的問題，是想象物體時是否真的重用了觀看階段的感覺代碼。Figure 4A–D給出兩個代表性神經(jīng)元：它們在觀看與意象中都對偏好軸投影更高的對象反應更強。群體結果見Figure 4F–I。在參與意象任務的107個軸調(diào)諧神經(jīng)元中，43個在意象期重激活，約占40%。這些神經(jīng)元在意象中的放電與物體在觀看期偏好軸上的投影值顯著相關，但與正交軸無顯著關系；同時，觀看與意象對同一圖像的響應排序也呈正相關。Figure 4H還顯示，軸模型對意象反應的解釋優(yōu)于類別模型。

Figure 4. Neurons in VTC reactivate in a manner that respects the visual code

發(fā)現(xiàn)四：觀看與想象共享對象內(nèi)容表征，但大腦仍保留區(qū)分兩種狀態(tài)的信息，且共享代碼更偏視覺而非語義

僅有單神經(jīng)元相關性還不夠，論文最后用群體解碼把“共享代碼”推到更強層面。Figure 5A顯示，僅憑意象期神經(jīng)活動就能解碼想象對象身份；更關鍵的是，F(xiàn)igure 5B中用觀看期訓練的解碼器去測試意象期，表現(xiàn)仍顯著高于機會水平，說明兩種狀態(tài)之間存在可泛化的對象表征。與此同時，F(xiàn)igure 5F–G又表明，神經(jīng)群體仍能較高準確率地區(qū)分當前是“正在看”還是“正在想”，甚至單個隨機選取的VTC神經(jīng)元也能高于機會水平地區(qū)分兩種狀態(tài)。

Figure 5. Decoding of imagined object features

歸納總結和點評

這項研究最有分量的地方，在于它沒有把“意象激活視覺皮層”停留在腦區(qū)層面的相關性，而是先在人類VTC單神經(jīng)元中定義出可檢驗的軸代碼，再用重建與合成刺激證明這套代碼具有預測力，最后顯示約40%的軸調(diào)諧神經(jīng)元會在意象中按相同規(guī)則重激活，并支持跨觀看—想象的解碼與重建。由此，論文把“心理意象重用感覺表征”推進為一條更完整的證據(jù)鏈，也為人腦中生成式表征提供了更直接的單神經(jīng)元依據(jù)。不過邊界同樣清楚：重激活只發(fā)生在部分神經(jīng)元，觀看與想象并非完全同構；研究對象來自臨床植入患者，且作者比較的是若干候選特征空間的相對解釋力，因此更適合被理解為“VTC中存在可跨知覺與意象泛化的視覺對象代碼”，而不是對全部視覺意象機制或更廣泛臨床應用的最終定論。

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