MIT與普林斯頓的神經科學研究人員發現,大腦未必需要為每一種資訊都配置一隊獨立神經元。相反,前額葉皮層部分神經元群組似乎可以「重用」:同一群神經元,既可以在工作記憶中保存感官刺激,亦可以在另一個任務階段維持即將執行的行動計劃。![]()
這項發現為大腦點解能夠靈活切換任務、規則和記憶,提供了一個可能的解釋。研究人員將這種架構比喻為「認知積木」——有限的神經資源,可以按需要重新組合,砌出不同的行為。
小鼠實驗:同一組神經元可以轉換工作
實驗中的小鼠要完成一項「延遲樣本比對、延遲報告」任務。研究人員先播放一個高音或低音,要求小鼠記住第一個聲音;之後再播放第二個聲音,小鼠要比較兩者,作出判斷,並在正式反應前繼續保留相關的行動計劃。研究團隊記錄了小鼠內側前額葉皮層及後頂葉皮層數以千計神經元的活動。![]()
![]()
分析顯示,神經活動可以分成不同的功能群組或「子空間」,分別參與刺激處理和記憶維持。![]()
其中,前額葉皮層有些群組在第一段延遲期間負責維持感官記憶;到了之後的延遲期間,這些群組則可以轉為維持行動計劃。換句話說,神經元群組似乎不是固定只代表某一種內容,而是可以用同一種計算方式處理不同資訊。![]()
後頂葉皮層呈現出另一種模式。當中的群組相對較為專門化,較持續地參與某類資訊,未有以同樣方式在感官記憶和行動計劃之間切換。前額葉的可重用性與後頂葉的專門化,可能反映兩個腦區之間不同的分工。![]()
人工神經網絡亦出現類似模組
研究人員其後訓練人工循環神經網絡(recurrent neural network,RNN)處理類似任務。這類網絡會將過去的活動狀態帶入下一個時間點,因此適合模擬需要暫存資訊的任務。