PLOS Biology | 認知地圖新發現：眼動軌跡與內嗅皮層共同構建抽象概念空間

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基本信息

Title:Action information is integrated into entorhinal representations of conceptual space and is reflected in eye movements

發表時間:2026-04-13

發表期刊:PLOS Biology

影響因子:7.2

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研究背景

想象你正在下國際象棋。想要贏下這盤棋，你不僅需要知道棋盤上各個棋子的位置分布，還必須清楚在當前局面下，每個棋子被允許執行哪些“移動規則”。

在認知神經科學領域，海馬-內嗅皮層系統一直被認為是人類大腦的“認知地圖”。過去的大量研究已經證實，這套系統不僅能幫我們在物理空間中認路，還能幫我們表征非空間的多維概念（例如社交層級、聲音頻率或抽象的二維特征空間）。然而，一個關鍵的點在于：為了真正利用這些關系知識，我們必須知道如何在不同的狀態之間“移動”。

在物理導航中，我們的感知覺、前庭和運動信號會提供速度和方向信息，推動內嗅皮層網絡更新我們所處的位置。但在沒有物理參照的抽象概念空間里，大腦是如何實現這一過程的？那些促使我們從一個概念跨越到另一個概念的“動作”（actions），是否也被直接寫進了內嗅皮層的認知地圖中？

為了回答這個尚未被真正解決的問題，來自馬普人類認知與腦科學研究所等機構的研究團隊巧妙地將“數字”作為概念空間中的狀態，將“數學運算”作為動作，結合眼動追蹤與fMRI技術，試圖探究人類內嗅皮層是否會編碼這些抽象的動作可供性（affordances）。

研究核心總結

這項研究并沒有使用傳統的空間導航范式，而是構建了一個純粹的抽象圖結構。研究者將論文的核心發現拆解為行為、眼動與神經表征三個遞進的層面。

一、將數學運算作為“動作”，構建抽象概念空間

研究者設計了一個包含重復模塊的圖結構，并將其投射到一條數字線上。在這個結構中，每個數字代表一個“狀態”，而它所允許的數學運算（如+1、-1、+2、-2）則代表“動作”。例如，參與者會學到數字“23”只能進行-1或-2的運算，因此它的合法后續狀態只能是22或21。

行為學結果顯示，參與者不僅能在兩天的訓練后以極高的準確率（超過84%）掌握這些數字間的轉換規則，還能將學到的潛在圖結構直接應用到完全沒見過的新數字上。這表明，參與者真正理解了狀態（數字）與動作（運算規則）之間的獨立與綁定關系。

Fig 1. 實驗設計示意圖。研究將數字作為狀態，將數學運算作為動作，測試大腦是否會將這些動作規則整合到概念空間的表征中。

Fig 2. 行為學表現。參與者不僅能準確學習特定數字的后續轉換規則，還能將這種潛在的圖結構泛化到未見過的新數字上。

在探索概念空間時，參與者是否真的調用了具有空間屬性的心理表征？研究者通過眼動追蹤發現，眼球運動暴露了大腦的內部計算過程。

當參與者面對那些只允許“正向運算”（如+1、+2）的數字時，他們的視線會顯著向右偏移；相反，面對只允許“負向運算”的數字時，視線則相對偏左。更重要的是，這種眼動偏側化效應的強度與參與者在任務中的表現呈顯著正相關。這意味著，在水平方向上對抽象動作進行空間化的視覺模擬，可能正是大腦解決這一概念導航任務的重要策略。

Fig 3. 動作方向在眼動上的體現。當數字關聯正向運算時，參與者的視線更偏右，且這種眼動偏側化程度與任務表現呈正相關。

這是本研究最核心的神經發現。研究者假設，如果內嗅皮層真的在概念空間中表征了“動作”，那么當兩個不同的狀態（數字）允許執行相同的動作時，它們在內嗅皮層中引發的神經活動模式應該更相似。

借助表征相似性分析（RSA），研究者證實了這一點。右側內嗅皮層的神經模式相似度，精確地跟隨了狀態之間“共享動作數量”的多少。為了確保結果的嚴謹性，研究者排除了圖結構中的節點距離（link distance）以及動作的絕對幅度（magnitude）等混淆因素。控制分析進一步表明，這種動作表征特異性地存在于內嗅皮層，而在海馬體或旁海馬回中并未發現類似效應。

Fig 4. 內嗅皮層對動作可供性的神經表征。表征相似性分析（RSA）表明，右側內嗅皮層的神經模式相似度與狀態之間共享的動作數量高度一致。

為了將外顯的行為與內在的神經表征聯系起來，研究者利用DeepMReye工具從fMRI數據中提取了參與者在掃描期間的視線位置。

結果不僅在fMRI樣本中復現了“正向運算看右邊”的眼動偏側化現象，還揭示了一個關鍵的跨尺度聯系：參與者在不同狀態間眼動位置的水平差異越大，其右側內嗅皮層中對應狀態的神經模式距離就越遠。這提示我們，眼動行為與內嗅皮層導航概念空間的神經機制之間存在著緊密的耦合。

Fig 5. 基于fMRI的眼動預測與神經表征的聯系。通過DeepMReye提取掃描期間的視線位置，發現眼動的偏側化程度與內嗅皮層中對應狀態的神經距離相關。

研究意義

這項工作為我們理解大腦如何組織和使用抽象知識提供了全新的視角。

首先，它在理論上推進了我們對“認知地圖”的定義。長久以來，認知地圖常被視作一種靜態的、描繪事物間相對位置的結構。而這項研究首次提供了直接的實證證據，表明人類內嗅皮層不僅記錄了概念空間的地形，還把“如何在這里行動”的規則直接整合進了地圖之中。認知地圖不僅是為了記錄經驗，更是為了指導我們如何探索未知。

其次，這項研究為抽象認知與具身行為之間的聯系提供了極具啟發性的證據。在沒有物理位移的純概念任務中，眼球運動似乎充當了某種“動作輸入”或“內部注意力轉移”的載體。這暗示著，我們在腦海中推演抽象邏輯時，大腦的導航系統可能依然在借用最基礎的視覺與運動回路來提供“速度與方向”的計算信號。

當然，這項研究目前僅測試了數學運算這一特定的概念領域。未來，這種內嗅皮層的動作表征機制是否能泛化到更廣泛的邏輯推理、語言組織或復雜問題解決中，仍是值得領域內繼續追問的重要邊界。

分享人：飯鴿兒

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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