人在执行任务时，内侧额叶皮层（medial frontal cortex）可以用一种稳定的神经元活动模式把一条规则维持数分钟之久，即便提示规则的线索早已消失；而海马体（hippocampus）形成的规则表征则相当灵活，其形式会随着当下需要做出何种行为而改变。这意味着，大脑可以用稳定性和灵活性各异的不同神经活动模式，来表征同一份信息。相关论文近日发表于《自然-人类行为》（Nature Human Behaviour）。
人在完成任务的过程中，能够把信息暂时存在脑中，同时根据情况变化对它加以操作和调整。为支撑这种被称为工作记忆（working memory）的能力，大脑需要牢牢抓住有关任务的重要背景信息，并在规则、目标或情境发生变化时对其更新。西达-赛奈医学中心（Cedars-Sinai Medical Center）、多伦多大学等机构的研究人员开展这项研究，正是为了弄清在任务目标不断变化的过程中，神经元如何把背景信息保持下来。
"让我们受到启发的，是一个人能够长时间锲而不舍地追求某个目标，同时又保持灵活、对不断变化的环境进行编码，这种能力非常了不起。"论文第一作者Hristos S. Courellis在接受Medical Xpress采访时说。
"没有任何其他动物能够在遇到一套任意给定的规则或行为约束时立刻将其内化，并在没有持续提醒、也没有大量条件反射训练或强化的情况下加以遵守。我们想研究大脑中不同结构如何通过计算来支撑这些人类独有的行为。"
以往探究工作记忆机制的经典神经科学实验，通常只要求动物把某个特定刺激记在脑中至多几秒钟。Courellis及其同事分析的则是来自人类的神经元记录数据，参与者需要对信息进行编码并记住任务规则，每次持续数分钟。
这些记录来自25名药物难治性癫痫患者。为帮助医生定位癫痫发作的起源，他们此前接受了颅内电极植入手术。根据各自的临床需要，用于采集本次所分析数据的电极被植入的脑区包括内侧额叶皮层，即额叶皮层中靠近大脑中线的部分，以及在记忆和学习中起关键作用的海马体。
记录是在参与者完成两项实验期间采集的，两项实验都要求他们把背景信息或规则在脑中保持数分钟。研究人员随后用信号处理工具和人工智能（artificial intelligence，AI）模型分析电极记录到的神经活动，以厘清实验过程中神经元是如何表征背景信息的。
"我们设计了一个简单的电脑游戏，其中包含不同类型的规则，要求根据不同的图像按下按键。"Courellis解释说，"这些规则有时通过书面或口头指令明确给出，有时则需要患者从反馈中自行推断。患者玩这些游戏时，我们用植入的电极记录单个神经元的活动，并用若干先进的信号处理和基于机器学习的技术来分析这些数据，从而获得了上述发现。"
研究结果提示，内侧额叶皮层的神经元能够以一种稳定的活动模式来表征一条规则，并维持数分钟，即便此时关于这条规则的提示已经不复存在。
"这一机制或许可以解释，在相关指令或线索消失很久之后，我们为什么仍然能持续记得自己该做出什么行为。"Courellis说。
"我们还证明，海马体形成的规则表征具有独特的灵活性，其形式会随时间变化，取决于这个人此刻需要表现出何种行为。这些发现值得注意，是因为它们凸显出另一类规则表征的价值——它们不随时间改变，也不随传入的刺激改变，而这被认为正是人类能够迅速把行为泛化到新情境的基础。"
研究人员认为，这些结果未来可能有助于改进神经科学中的工作记忆模型，以及描述人类如何在心理层面应对日常任务的心理学理论。此外，它们还可能为受大脑启发的计算工具的开发提供参考，其中包括大语言模型（large language models，LLMs）和其他机器学习模型。
"包括现代大语言模型在内的机器学习模型，在泛化方面的困难是出了名的。"Courellis说，"一种可能的解决办法，是在这些模型中实现我们自己大脑中那种持久的表征。"
他表示，在接下来的研究中，团队将继续追问：人类快速而灵活地学习、把行为泛化到新情境、并为问题提出新解法，其背后的神经机制是什么；以及人类编码和生成语言的能力如何促成这些行为。
参考文献：Hristos S. Courellis et al, Neural dynamics underlying minute-timescale persistent behaviour in the human brain, Nature Human Behaviour (2026). DOI: 10.1038/s41562-026-02537-x
编辑：王洪
排版：李丽
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