Science | “想象”物體與看見物體，共享編碼原則

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基本信息

Title:A shared code for perceiving and imagining objects in human ventral temporal cortex

發表時間:2026-04-09

發表期刊:Science

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引言

心理意象（mental imagery）之所以迷人，在于它讓人能在沒有外界輸入時，依然“看見”一個熟悉的人、一件物體，甚至預演尚未發生的場景。這種能力與記憶提取、行動規劃、藝術創作密切相關；當其失控時，又可能卷入焦慮、精神分裂癥和創傷后應激障礙等問題。也正因此，一個長期存在的核心問題始終存在：當我們在腦中想象一個對象時，大腦究竟是在調用真正的感覺表征，還是只是在同一大致腦區內啟用另一套更抽象的回路？

過去大量功能成像研究支持“意象會借用感覺皮層”的觀點，尤其在視覺系統中最為典型。但這類證據的分辨率有限，只能說明某片區域在觀看和想象時都活躍，很難判斷究竟是不是同一批神經元被再次激活，更無法確認這些神經元是否沿用了與真實觀看相同的編碼規則。此前在人類腹側顳葉皮層（ventral temporal cortex, VTC）的單神經元研究，已提示自由回憶時某些神經元會再度放電，可問題仍未真正閉合：如果連“物體在這里究竟如何被編碼”都沒有先描清，便很難論證意象是在重建感覺代碼，而不只是觸發類別或語義聯想。

實驗設計與方法邏輯

作者在16名因癲癇定位而植入電極的患者中記錄VTC單神經元活動。首先進行視覺篩查任務：受試者觀看500張圖像、每張重復4次，共記錄714個神經元，其中456個被定義為視覺響應。隨后，研究者將圖像輸入AlexNet，取fc6層激活并經主成分分析構建50維特征空間，再為每個神經元估計“偏好軸”，檢驗其放電是否與圖像在該軸上的投影成比例變化。接著，他們用群體活動線性解碼物體特征、并在少量患者中加入沿偏好軸或正交軸生成的合成刺激，驗證該模型能否做出新預測。

核心發現

發現一：人類VTC中，多數視覺響應神經元遵循的是“軸代碼”，而不只是類別選擇性

整篇論文的出發點，是先回答觀看物體時VTC到底如何編碼。Figure 1C–G顯示，人類VTC單神經元確實存在明顯類別選擇性，但這并不足以解釋其全部反應模式。更關鍵的證據在Figure 2B–K：在456個視覺響應神經元中，367個表現出顯著軸調諧，約占80%。這些神經元的放電強度會隨著圖像在自身偏好軸上的投影值增加而單調變化，而沿正交軸則不呈現相同關系。Figure 2J和2K進一步表明，軸模型對神經反應方差的解釋顯著優于類別標簽模型和exemplar模型。

Figure 1. Selective visual responses in human VTC

Figure 2. Axis tuning in human VTC neurons

發現二：這套軸代碼不僅能擬合已有數據，還能支持觀看對象重建并預測合成刺激效應

如果軸代碼只是事后解釋，它的說服力仍有限。Figure 3A–E的重要性正在于，它把“模型擬合”推進到了“功能可操作”。作者匯集367個軸調諧神經元的群體活動，利用線性解碼器反推出物體特征；Figure 3B顯示，預測特征與真實特征在多個維度上呈顯著正相關，Figure 3C–D則表明，借助輔助數據庫檢索得到的重建結果與原圖在視覺上具有較強對應。更進一步，Figure 3F–J通過閉環驗證說明，沿偏好軸外推生成的合成刺激能夠按預測更強地驅動相應神經元，而沿正交軸變化則不會產生同等效果。

Figure 3. Reconstruction of stimuli from neural activity during viewing and construction of super stimuli

發現三：在意象任務中，部分軸調諧神經元會按觀看時的同一規則重新激活

論文最核心的問題，是想象物體時是否真的重用了觀看階段的感覺代碼。Figure 4A–D給出兩個代表性神經元：它們在觀看與意象中都對偏好軸投影更高的對象反應更強。群體結果見Figure 4F–I。在參與意象任務的107個軸調諧神經元中，43個在意象期重激活，約占40%。這些神經元在意象中的放電與物體在觀看期偏好軸上的投影值顯著相關，但與正交軸無顯著關系；同時，觀看與意象對同一圖像的響應排序也呈正相關。Figure 4H還顯示，軸模型對意象反應的解釋優于類別模型。

Figure 4. Neurons in VTC reactivate in a manner that respects the visual code

發現四：觀看與想象共享對象內容表征，但大腦仍保留區分兩種狀態的信息，且共享代碼更偏視覺而非語義

僅有單神經元相關性還不夠，論文最后用群體解碼把“共享代碼”推到更強層面。Figure 5A顯示，僅憑意象期神經活動就能解碼想象對象身份；更關鍵的是，Figure 5B中用觀看期訓練的解碼器去測試意象期，表現仍顯著高于機會水平，說明兩種狀態之間存在可泛化的對象表征。與此同時，Figure 5F–G又表明，神經群體仍能較高準確率地區分當前是“正在看”還是“正在想”，甚至單個隨機選取的VTC神經元也能高于機會水平地區分兩種狀態。

Figure 5. Decoding of imagined object features

歸納總結和點評

這項研究最有分量的地方，在于它沒有把“意象激活視覺皮層”停留在腦區層面的相關性，而是先在人類VTC單神經元中定義出可檢驗的軸代碼，再用重建與合成刺激證明這套代碼具有預測力，最后顯示約40%的軸調諧神經元會在意象中按相同規則重激活，并支持跨觀看—想象的解碼與重建。由此，論文把“心理意象重用感覺表征”推進為一條更完整的證據鏈，也為人腦中生成式表征提供了更直接的單神經元依據。不過邊界同樣清楚：重激活只發生在部分神經元，觀看與想象并非完全同構；研究對象來自臨床植入患者，且作者比較的是若干候選特征空間的相對解釋力，因此更適合被理解為“VTC中存在可跨知覺與意象泛化的視覺對象代碼”，而不是對全部視覺意象機制或更廣泛臨床應用的最終定論。

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作者提醒：內容由AI生成