新民晚報訊（記者 郜陽）接到電話，即使環境嘈雜，你依然可以第一時間判斷出對方是熟人還是陌生人，這是我們生活中習以為常的場景，可你有沒有對此打上一個問號？近日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心徐寧龍研究組，通過在頭部固定小鼠中建立一套聽覺相關的抉擇行為任務，同時使用雙光子成像技術記錄清醒小鼠的聽覺皮層第2/3層群體神經元的反應，解析了對感覺信息進行范疇化的皮層神經元群體運算機制。
圖說：課題組在實驗中 來源/采訪對象供圖（下同）
為什么需要對感覺信息進行分類或范疇化？這是由于我們大腦接收到的來自客觀世界的感覺信息紛繁復雜，而我們能夠形成的概念和采取的行動則數目有限。為了形成有意義的認知來指導我們的行為，我們的大腦需要對這些信息進行高效的組織管理，而其中最基本的過程就是范疇化。簡單來講，就是對外來刺激進行分類與定位，從而高效抽提出最相關信息，形成感知判斷。例如，當接收到豐富多樣的語音信息，我們的大腦會把這些語音歸類到屬于熟悉的人、或屬于陌生人。當你接到一個電話時，即使因為環境干擾和電話通話噪聲等因素而導致語音物理參數發生變化或扭曲，你仍然可以輕而易舉識別出電話里的語音是否屬于熟人還是陌生人。這個過程就涉及到對聲音信息的類別判斷。
另一個例子是關于色彩的認知——當看到彩虹時，盡管其中可見光的波長實際上是連續變化的，然而我們對于波長的物理數值難以形成感性認知或顏色概念，因此我們需要將連續的波長信息范疇化，將其定義為離散的七種顏色類別（紅橙黃綠青藍紫），便于信息存儲與交流。這說明感覺信息范疇化可以幫助大腦高效存儲信息和形成認知。因此，認知心理學研究認為，范疇化是我們對外界形成感知與并且做出行動的一個普遍而基本的過程。
我們的大腦如何將復雜而又連續的刺激信息范疇化呢？這里面的神經生物學機制是什么？事實上，神經科學家早已意識到這個問題的重要性。美國麻省理工學院的著名神經科學家厄爾·米勒實驗室早在2001年就提出：獼猴前額葉可以產生視覺信息分類相關的神經活動。這些研究開啟了信息分類和感知覺范疇化神經機制研究的新領域。但是這些研究中所發現的與感知類別相對應的神經活動，更多的代表神經運算的結果，而感覺信息怎樣被轉化為離散的類別信息的神經運算過程卻并不清楚。
圖說：課題組在實驗中
為了探索這個問題，中科院腦智卓越中心的研究人員在小鼠中建立了一個基于聽覺的分類抉擇行為范式，經過訓練，小鼠可以將不同頻率的純音歸類到“高音”或“低音”范疇。同時研究人員結合活體雙光子成像技術，在動物執行任務的同時對聽覺皮層群體神經元活動進行大規模記錄，并結合進一步的定量分析，從而研究了大腦皮層的神經元如何通過動態編碼將感覺信息轉化為類別信息的機制。
研究發現，在單細胞水平，除了編碼聲音頻率信息的神經元活動之外，在小鼠執行聲音分類任務中，出現了兩種與分類相關的神經活動：其中一類的神經元表現出對聲音類別的特異性反應，類似于前人在前額葉和后頂葉等下游腦區發現的類別相關的神經元；另外一類神經元則表現出對于類別邊界頻率聲音的選擇性反應，而這種聲音選擇性反應在被動聽聲音的情況下并不存在，因此是一種任務依賴的動態調整。在群體神經元水平上，他們發現，相對于靜息狀態的被動刺激，任務態下聽皮層對于相同聲音的編碼發生了群體構成上出現了動態調整。進一步通過對群體神經元活動的解碼，發現這種動態調整使得聽皮層神經元活動能夠準確可靠的預測動物的行為任務。
因此，該項工作揭示聽覺皮層神經元群體可以根據分類任務的需要，動態調整信息編碼特性，形成利于提高分類邊界分辨能力的群體編碼結構，從而提出了感知分類的一個新的神經運算機制。這一成果對于感覺皮層在認知過程中的信息處理機制提出了新的理解和預期，并且可能有助于啟發人工智能算法設計的新思路。
該研究成果于昨夜23時在線發表于《神經元》。
