一个区域，两个功能:脑细胞的多任务处理是理解大脑整体功能的关键

根据芝加哥大学研究人员的一项新研究，大脑中有一个区域在视觉和空间处理中起着关键作用，它还有一个平行的功能:将视觉信息分类。

众所周知，灵长类动物具有非凡的定位能力视觉刺激分成熟悉的有意义的类别，比如水果或蔬菜。它们还可以将空间注意力引导到场景中的不同位置，并做出有空间针对性的动作，例如伸手。

这项研究发表在《美国医学杂志》3月刊上神经元，表明这些非常不同类型的信息可以同时编码在后顶叶皮层．这项研究使科学家们更接近于了解人类是如何大脑理解视觉刺激并解决复杂的任务。

研究作者、芝加哥大学神经生物学助理教授大卫·弗里德曼博士说:“我们发现，多种功能可以映射到大脑的特定区域，甚至可以映射到该区域的单个脑细胞。”“这些功能是重叠的。这个特定的大脑区域，甚至是它的单个神经元，都可以独立地编码空间和认知信号。”

弗里德曼研究了学习对大脑的影响，以及信息是如何储存在大脑中的短期记忆，重点是处理视觉刺激的区域。为了研究这一现象，他教猴子玩一个简单的视频游戏，在这个游戏中，猴子学会将移动的视觉模式分类。

“这项任务有点像棒球裁判判罚球和好球，”他说，“因为猴子们必须把各种各样的运动模式分成两组，或者说是类别。”

猴子经过几周的训练就能掌握这些任务。一旦他们这样做，研究人员就会记录下来电信号在受试者执行分类任务时从顶叶神经元中提取。通过测量电活动这些神经元的模式，研究人员可以解码神经元活动传递的信息。

“活动模式在这些顶叶神经元中携带了关于任务中每种运动模式被分配到的类别的强烈信息，”弗里德曼说。

多年来，他的团队在分类方面的工作主要集中在侧壁内区(LIP)。研究表明，这一区域对于引导空间注意力和眼球运动至关重要。但人们一直不清楚一个涉及空间注意力和眼球运动的区域如何也在视觉分类等非空间功能中发挥作用。

为了比较顶叶的空间功能和分类功能，弗里德曼和他的团队在猴子的任务中增加了一个转折。在分类任务中，研究人员要求受试者对计算机屏幕上不同位置的视觉线索进行眼球运动，但受试者仍然必须对图像进行分类视觉模式与此同时，他们做了这些眼球运动。

由于这一顶脑区域已知与眼球运动有关，因此眼球运动可能破坏了大脑那部分的分类信息。相反，顶叶脑细胞对眼动和类别信息同时独立编码，在单一水平上对信息进行多路复用大脑细胞．

该研究的第一作者克里斯·里舍尔博士说:“这些信号正好位于眼球运动信号之上。”他最近刚从弗里德曼实验室毕业。“我们可以高精度地解码眼球运动和类别信号。这告诉我们，通常被认为不相关的不同类型的信息同时独立地由这个特定大脑区域的神经元表示。”

研究作者指出，他们的结果“支持了这样一种可能性，即在基于类别的决策任务中，LIP在将早期感觉区域的视觉信号转化为抽象类别信号方面发挥了关键作用。”

大脑从这种领土安排中得到了什么?

“长期以来，人们倾向于研究大脑皮层的许多不同解剖区域，并假设每个区域都像一个发挥特定功能的特殊模块。”弗里德曼说。“我们的研究结果支持了一种越来越强烈的感觉，即其中大多数(如果不是全部的话)大脑区域有多个重叠的角色。”

弗里德曼认为，包含这些重叠功能中心的大脑可能更有效率。“对于像我们这样的科学家来说，这使得绘制这些区域更加复杂，但它可能会提高大脑的能力。如果每个区域都能做许多不同的事情，你就可以在同一个空间里塞进更多的功能。”

作者说，下一步是了解在学习过程中LIP神经元的类别表征是如何发展的。