認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)前沿文獻(xiàn)分享

基本信息

Title:Brain activity, disruption and connectivity comparisons identify origins of human metacognition in other primates

發(fā)表時(shí)間:2026-05-18

發(fā)表期刊:Nature Human Behaviour

影響因子:15.9

獲取原文:

1. 添加小助手:PSY-Brain-Frontier即可獲取PDF版本

研究背景

人類是出色的規(guī)劃者，部分原因在于我們擁有“前瞻性元認(rèn)知”（prospective metacognition）能力。在真正著手一項(xiàng)任務(wù)前，我們就能預(yù)判自己成功的概率，從而決定是否要接受挑戰(zhàn)。在人類大腦中，這種“預(yù)判自己預(yù)判”的能力高度依賴于前外側(cè)前額葉皮層（alPFC）。然而，alPFC是人類大腦中特化程度極高的區(qū)域，其解剖結(jié)構(gòu)和連接模式與獼猴等其他靈長類動(dòng)物存在顯著差異。

這就引出了一個(gè)關(guān)鍵的進(jìn)化斷點(diǎn)：這種高級的自我審視能力在進(jìn)化上究竟是如何產(chǎn)生的？其他靈長類動(dòng)物是否也具備類似的能力？如果有，在缺乏典型人類alPFC結(jié)構(gòu)的情況下，它們的大腦是如何進(jìn)行這種復(fù)雜計(jì)算的？

為了回答這些問題，牛津大學(xué)與RIKEN的研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合行為學(xué)范式、功能磁共振成像（fMRI）、經(jīng)顱超聲刺激（TUS）以及跨物種功能連接分析，對獼猴和人類的前瞻性決策機(jī)制進(jìn)行了深度對比。這項(xiàng)研究不僅證實(shí)了獼猴同樣具備前瞻性元認(rèn)知能力，還揭示了人類特有的元認(rèn)知腦區(qū)可能是如何從祖先的分布式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中演化而來的。

研究核心總結(jié)

一、獼猴具備前瞻性元認(rèn)知，但依賴“雙核”分布式計(jì)算

研究者設(shè)計(jì)了一項(xiàng)精巧的行為學(xué)任務(wù)，要求受試者在兩種概率之間做權(quán)衡：一種是“表現(xiàn)依賴概率”（PD-probability），即獎(jiǎng)勵(lì)取決于受試者自身完成任務(wù)的能力；另一種是“環(huán)境依賴概率”（ED-probability），即獎(jiǎng)勵(lì)純粹由外部環(huán)境設(shè)定的客觀概率決定。行為學(xué)結(jié)果顯示，獼猴能夠像人類一樣，在做決定前準(zhǔn)確評估并比較這兩種概率。

然而，fMRI數(shù)據(jù)揭示了跨物種的巨大機(jī)制差異。在人類中，評估這兩種概率的計(jì)算都在alPFC這一個(gè)腦區(qū)內(nèi)完成；但在獼猴大腦中，這項(xiàng)工作被拆分給了兩個(gè)不同的腹外側(cè)前額葉區(qū)域：45a區(qū)專門負(fù)責(zé)評估未來的自身表現(xiàn)（PD概率），而47/12o區(qū)則專門負(fù)責(zé)評估環(huán)境帶來的客觀獎(jiǎng)勵(lì)概率（ED概率）。

Fig 1. 獼猴和人類在面對表現(xiàn)依賴（PD）和環(huán)境依賴（ED）概率時(shí)的行為學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)與表現(xiàn)差異。

Fig 2. 獼猴45a區(qū)在做決定前編碼了對未來自身表現(xiàn)（PD概率）的預(yù)測。

Fig 3. 45a區(qū)在決策前的活動(dòng)動(dòng)態(tài)能夠有效預(yù)測獼猴最終的選擇傾向。

Fig 4. 獼猴47/12o區(qū)專門負(fù)責(zé)評估環(huán)境依賴（ED）的獎(jiǎng)勵(lì)概率，且不受最終選擇的干擾。

Fig 5. 獼猴大腦中45a與47/12o區(qū)對兩種概率的并行評估機(jī)制，與人類單一alPFC機(jī)制的對比。

為了確認(rèn)這兩個(gè)腦區(qū)在因果層面上的獨(dú)立性，研究者使用了經(jīng)顱超聲刺激（TUS）技術(shù)對獼猴的大腦進(jìn)行無創(chuàng)精準(zhǔn)干擾。

結(jié)果顯示了完美的雙重分離效應(yīng)：當(dāng)TUS干擾45a區(qū)時(shí)，獼猴評估自身表現(xiàn)（PD概率）的能力顯著下降，甚至開始回避那些需要依賴自身表現(xiàn)的高回報(bào)任務(wù)，但它們對環(huán)境概率的判斷完好無損；反之，當(dāng)TUS干擾47/12o區(qū)時(shí)，獼猴對環(huán)境概率（ED概率）的敏感度降低，但依然能準(zhǔn)確評估自己的表現(xiàn)。更重要的是，這兩種干擾都只影響“做決定前”的預(yù)判階段，絲毫沒有損害獼猴后續(xù)執(zhí)行具體知覺任務(wù)的能力。

Fig 6. 經(jīng)顱超聲刺激（TUS）對獼猴45a和47/12o區(qū)造成的雙重分離干擾效應(yīng)。

既然獼猴用兩個(gè)腦區(qū)，人類用一個(gè)腦區(qū)，這在進(jìn)化上意味著什么？研究者對比了獼猴和人類的靜息態(tài)功能連接（fc）網(wǎng)絡(luò)。

分析發(fā)現(xiàn)，無論是單獨(dú)看獼猴的45a區(qū)還是47/12o區(qū)，它們的網(wǎng)絡(luò)模式都不像人類的alPFC。但是，如果把獼猴45a和47/12o這兩個(gè)區(qū)的網(wǎng)絡(luò)“疊加”在一起，其組合網(wǎng)絡(luò)與人類alPFC的網(wǎng)絡(luò)特征出現(xiàn)了驚人的吻合。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵的跨物種差異：人類的alPFC與額極皮層（FPm）存在極強(qiáng)的連接，而獼猴的45a和47/12o區(qū)與額極皮層幾乎沒有強(qiáng)連接。在人類中，額極皮層深度參與了對自身表現(xiàn)的編碼，這種獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)通訊可能正是人類擁有比獼猴更敏銳、更強(qiáng)大的前瞻性元認(rèn)知能力的原因。

Fig 7. 跨物種功能連接分析顯示，獼猴45a與47/12o的組合網(wǎng)絡(luò)與人類alPFC網(wǎng)絡(luò)高度相似。

Fig 8. 額極皮層在人類和獼猴中的功能差異，以及前瞻性元認(rèn)知的跨物種神經(jīng)環(huán)路演化模型。

研究意義

這項(xiàng)研究為人類高級元認(rèn)知能力的進(jìn)化起源提供了一塊關(guān)鍵的神經(jīng)解剖學(xué)拼圖。它表明，人類大腦中高度特化的alPFC并非憑空出現(xiàn)，它很可能是由祖先大腦中負(fù)責(zé)不同概率評估的兩個(gè)相鄰區(qū)域（類似獼猴的45a和47/12o）在漫長的進(jìn)化過程中發(fā)生連接擴(kuò)展與功能融合而來的。

同時(shí)，這項(xiàng)工作也明確了跨物種研究的邊界：雖然獼猴具備基礎(chǔ)的元認(rèn)知能力，但由于缺乏與額極皮層的深度整合，其“自知之明”在深度和廣度上仍受限。這種從“雙核分布式計(jì)算”到“單核高度整合”的演化路徑，為我們理解人類為何能擁有如此深刻的自我反省與未來規(guī)劃能力，提供了一個(gè)極具啟發(fā)性的全新框架。

分享人：飯鴿兒

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

你好，這里是「PsyBrain 腦心前沿」

專注追蹤全球認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的最尖端突破

視野直擊 Nature, Science, Cell 正刊 及核心子刊與頂級大刊

每日速遞「深度解讀」與「前沿快訊」

科研是一場探索未知的長跑，但你無需獨(dú)行。歡迎加入PsyBrain 學(xué)術(shù)社群，和一群懂你的同行，共同丈量腦與心智的無垠前沿。

點(diǎn)擊卡片進(jìn)群，歡迎你的到來

一鍵關(guān)注，點(diǎn)亮星標(biāo) ? 前沿不走丟！

一鍵分享，讓更多人了解前沿