大腦如何像拼積木一樣靈活思考？MIT、普林斯頓研究找到可重複使用的神經模組

MIT與普林斯頓的神經科學家提出一項關鍵觀察：大腦似乎不需要為每一種資訊都配置一套獨立的神經元。相反地，前額葉皮質中的部分神經元群可能像可重複使用的「工作記憶模組」，在不同時間承載不同內容——同一群神經元既能維持記住的感官刺激，也能維持稍後準備執行的行動計畫。

這種架構可用「認知積木」來理解：神經元群不一定只服務單一任務，而是能在不同情境下重新組合，讓有限的神經資源支援更多行為。

小鼠實驗：同一群前額葉神經元前後換了工作

研究中的小鼠接受一項「延遲樣本比對、延遲回報」任務。牠們先聽到高音或低音，必須把第一個聲音記在工作記憶中；接著聽第二個聲音並進行比較，最後還要在作出反應前暫時保留相應的決定或行動計畫。研究人員記錄了小鼠內側前額葉皮質與後頂葉皮質中數千個神經元的活動。

分析結果顯示，前額葉中的某些神經元群在第一段延遲期間主要維持感官記憶；到了後一段延遲期間，這些群組又能被重新利用，用來維持接下來的行動計畫。換句話說，變化的可能不只是「哪項資訊被記住」，也包括同一套神經運算在不同內容之間的轉用。

研究人員透過計算分群，辨識出與刺激處理及記憶維持相關、可重複使用的神經活動子空間。相較之下，後頂葉皮質的神經元群較為專門化，持續對應特定資訊類型，沒有呈現同樣程度的角色切換。這種「前額葉較靈活、頂葉較專門」的差異，可能反映兩個腦區之間的分工。

循環神經網路也形成類似模組

為了檢驗這種組織方式是否具有計算上的功能，研究團隊也訓練了執行類似任務的人工循環神經網路。網路最後形成了相應的可重複利用模組架構；相關模型分析也顯示，讓特定群組失效，會干擾特定的計算程序。

這項結果並不代表人工網路已經「複製」大腦，而是提供一個重要線索：可重新分工、重複利用的模組，可能是處理不同任務時一種有效的解法，而不只是實驗小鼠神經活動中的偶然模式。

為何被稱為「認知積木」？

「認知積木」這個比喻指的是可重用的基本認知元件。大腦可以把這些元件重新排列、組合，建構出不同的行為，就像用有限數量的積木拼出不同形狀。

這種設計可能帶來幾項優勢：

• 學習更有效率： 新任務不必從零開始學習，大腦可以沿用已經掌握的運算，再改變模組的組合方式或所承載的資訊。
• 更容易切換情境： 當規則、記憶或行動目標改變時，神經系統可以重新配置既有資源，支援較快速的認知轉換。
• 為AI提供設計方向： 許多人工智慧系統在學習新任務時仍需大量重新訓練，因此如何重用既有能力、同時避免遺忘舊技能，可能是值得借鑑的方向。

不過，這些發現不應被解讀為已經完整解開人類靈活思考的機制。小鼠研究主要是相關性證據：它顯示神經活動模式與模組重新利用相符，但尚未證明某一個神經元群必然、直接造成特定行為。此外，所提供的研究資料包含尚未經期刊同儕審查的預印本，因此相關結論仍需透過後續研究檢驗。

下一步：測試神經模組是否真的具有因果作用

研究人員計畫進行因果實驗，在任務的不同階段選擇性干預或操控已辨識出的前額葉神經元群，檢驗它們的功能是否真的會從「維持感官記憶」切換為「維持行動計畫」。

核心預測是：如果同一群神經元確實在不同時段承擔不同工作，那麼在不同時間點干擾它，應會分別損害不同的資訊功能。例如，在第一段延遲期間干擾，可能影響感官記憶；在後一段延遲期間干擾，則可能影響行動計畫。不過，現有資料並未提供確切的干預方法或實驗時間表，因此不宜進一步推測細節。

研究經費：目前資料不足以確認本研究來源

現有來源不足以確認這項MIT—普林斯頓研究的具體經費來源。資料中提到的美國國家情報總監辦公室與美國國立衛生研究院（NIH）資助，屬於另一項小鼠腦部連結組研究，不能直接歸入本研究。