哥伦比亚大学工程学院研究人员近日发现，大脑早期视觉区域并非被动传递感觉信息，而是能够根据当前任务的不同，主动以差异化方式处理同一视觉输入。研究团队进一步通过神经网络模型揭示了这一灵活性背后的关键回路机制。相关成果已发表于《PLOS生物学》。
长期以来，神经科学界的主流观点认为，视觉信息由眼睛采集后，经由一系列神经通路逐级传递至大脑皮层，由皮层负责推理、判断和决策等高级认知功能，早期视觉皮层被视为这一通路中的被动中继站。然而，研究团队此前发表的功能性磁共振成像研究已对这一认知提出质疑——当受试者被要求按照不同规则对同一组图形进行分类时，早期视觉皮层的活动模式随之改变，表现出与任务情境相关的主动处理特征。
在新研究中，研究团队构建了一个遵循真实大脑生物学规则的简化神经网络模型，模型中同时包含驱动其他神经元放电的兴奋性神经元，以及抑制神经元放电的抑制性神经元，并令模型执行与人类受试者相似的任务切换实验。
当研究人员深入分析模型的工作机制时，发现了一类关键连接：抑制性神经元对抑制性神经元的连接。这类"抑制性对抑制性"连接，是将任务情境信息从模型的"思考"模块向下传递至"感知"模块的关键通路。为验证这一连接的必要性，研究人员刻意削弱这类连接，模型在不同任务间切换的能力随即崩溃；而削弱其他类型的连接，对模型性能的影响则相对有限。
这一发现在活体动物实验中同样得到印证。在小鼠视觉皮层的神经元记录中，沉默构成这一回路的抑制性细胞后，视觉皮层追踪任务情境的能力随之下降，与模型预测结果一致。
论文通讯作者、哥伦比亚大学生物医学工程系助理教授Nuttida Rungratsameetaweemana表示，这类"抑制性对抑制性"连接赋予系统对信息表征的精细控制能力，使大脑能够确保正确的信息以正确的方式得到呈现。她指出，早在2015年，她对海马体缺失患者的研究便发现，即便失去这一记忆中枢，患者仍能完成多种认知任务，由此引发了她对大脑早期区域可能承担主动信息处理功能的深入思考。
Rungratsameetaweemana还指出，与大型语言模型相比，人脑以极低的能耗完成远比人工智能更为广泛的认知任务，背后正是源于大脑回路中内置的冗余性与灵活性。"抑制性对抑制性"这一回路模式，或可为设计更精简、更具适应性的人工智能模型提供启发。
研究团队表示，下一步将与癫痫患者的临床监测团队协作，通过植入大脑深部的电极直接记录神经活动，以更精细的实测数据检验上述研究假设。
参考文献：Disinhibitory signaling enables flexible coding of top-down information in cortical networks, PLOS Biology (2026). journals.plos.org/plosbiology/ … journal.pbio.3003831. On bioRxiv: www.biorxiv.org/content/10.110 … .10.17.562828v2.full
编辑：王洪
排版：李丽
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