大脑推理神经过程首次阐明

科技日报北京8月14日电 （记者张梦然）大脑如何推断两件事之间的关系？科学家通过实验任务对人类大脑活动进行记录，创建了一个独特的数据库，然后利用人工智能（AI）将数据转化为清晰的高维几何形状，首次阐明了人类大脑中推理的神经过程。研究结果14日在《自然》杂志网站在线发表。

在现实中，当行人推断不同城市的不同交通规则时，他们的大脑会体现出推理的不同表征。图片来源：哥伦比亚大学扎克曼研究所

美国哥伦比亚大学祖克曼研究所、西达赛奈医疗中心团队此次对17名癫痫患者的3000多个神经元进行了脑电记录，这些志愿者在医院接受了侵入性监测以确定疾病发作源。该数据集帮助团队首次监测了脑细胞进行推理的全过程。

团队发布了一个简单推理任务并同时记录神经元活动。任务中，参与者通过反复试验发现图像与按下左键或右键之间的关联。一旦参与者学会了一组图像的关联，团队就会立即切换联系。

切换后，参与者会作出错误判断，但他们也能快速意识到所有图像按钮关系均已改变，进而推断出新的规则。这项实验任务所涉及的大脑处理过程，在现实生活中也经常出现。

研究中，团队揭示了推理、推断、计划甚至调节情绪这些思维在神经元活动中的物理表达。他们利用精心设计的AI工具，整合了此前神经元的记录，将参与者大脑活动转化为几何形状。这些形状占据了惊人的数千个维度，而不是人们熟悉的三维（3D）呈现。

团队表示，这些高维几何形状甚至无法在计算机显示器上看到，但他们可使用数学技术在3D演示中看到它们的简化版本。

团队发现大脑在推理成功和不成功时活动形状有明显差异。此外，他们确认了海马体不仅是描绘了物理空间的“神经地图”，还构建了与推理和学习相关的“认知地图”。

该研究使科学家首次了解大脑如何让人类灵活地学习和执行任务，并应对不断变化的条件和经历。研究成果有助于引导科学家找到干预措施，治疗与记忆和决策缺陷有关的神经和精神疾病。