研究人员揭示了大脑额叶中一组神经元发出的信号如何同时赋予人类学习新任务的灵活性以及培养高度特定技能的专注力。
该研究的关键发现是，大脑在许多不同情况下都使用同一组神经元进行表现反馈——无论是某人第一次尝试新任务，还是努力完善某项特定技能。
"人脑的奇妙之处之一在于其高度的灵活性，"该研究的资深作者、神经外科、神经学和生物医学科学教授、神经科学与医学中心主任、神经科学董事会主席博士Ueli Rutishauser说。"我们设计研究旨在 decipher 大脑如何能够同时进行泛化和特化，这两者对于帮助我们追求目标都至关重要。"
表现监控是一种内部信号，一种自我生成的反馈，它让人知道自己犯了错误。一个例子是，一个人意识到自己开车驶过了应该转弯的路口。另一个例子是，有人在谈话中说了某些话，话一出口就立刻意识到刚才说的话不妥当。
"那种'哦，糟糕'的时刻，那种'哎呀！'的时刻，就是表现监控在发挥作用，"Cedars-Sinai医学中心Rutishauser实验室的博士后研究员、该研究的第一作者Zhongzheng Fu博士说。
这些信号通过将信息传递给大脑中调节情绪、记忆、规划和解决问题的区域，帮助改善未来尝试的表现。表现监控还通过 signal 任务中遇到的冲突或困难程度，帮助大脑调整其 focus。
"所以，一个'哎呀！'的时刻可能会促使某人在下次与朋友聊天或计划下班回家路上顺道去商店时更加留意，"Fu说。
为了观察表现监控的实际运作，研究人员记录了研究参与者内侧额叶皮层中单个神经元的活动。参与者是癫痫患者，作为治疗的一部分，他们的大脑中植入了电极以帮助定位癫痫发作的病灶。具体来说，这些患者的电极植入在内侧额叶皮层，这是一个已知在表现监控中起核心作用的大脑区域。
研究团队要求参与者执行两项常用的认知测试。
在斯特鲁普任务中，阅读与颜色命名相互竞争，参与者会看到一个颜色名称的书面文字，例如"红"，但该词是用不同颜色的墨水印刷的，例如绿色，并被要求说出墨水的颜色，而不是读出这个词。
"这在大脑中制造了冲突，"Rutishauser说。"你有几十年的阅读训练，但现在你的目标是抑制阅读习惯，说出单词所用墨水的颜色。"
在另一项任务中，即多源干扰任务，涉及识别数字，参与者看到屏幕上显示三个数字，两个相同，另一个不同——例如，1-2-2。受试者的任务是按下与那个独特数字（本例中是"1"）对应的按钮，抵制住按"2"的倾向，因为那个数字出现了两次。
"这两个任务是对自我监控如何在不同认知领域的不同场景中被激活的有力测试，"Fu说。
结构化的响应
在受试者执行这些任务时，研究人员注意到两种不同类型的神经元在工作。"错误"神经元在犯错后强烈放电，而"冲突"神经元则响应于受试者刚刚完成的任务的难度而放电。
"当我们观察这个脑区神经元的活动时，令我们惊讶的是，它们中的大多数只有在决策或行动完成后才变得活跃。这表明这个脑区的作用是事后评估决策，而非制定决策。"
表现监控分为两种类型：领域通用型和领域特定型。领域通用型表现监控告诉我们出了问题，并能 detect 任何类型任务中的错误——无论是某人在开车、处理社交场合，还是第一次玩Wordle游戏。这使得他们几乎无需指导就能执行新任务，这是机器无法做到的。
"机器可以被训练得非常擅长做一件事，"Fu说。"你可以造一个机器人来翻汉堡，但它无法将这些技能 adapt 到煎饺子上。而人类，得益于领域通用型表现监控，可以做到。"
领域特定型表现监控则告诉犯错误的人哪里出了问题，detect 具体的错误——比如他们错过了转弯、说了不妥当的话或在 puzzle 中选错了字母。这是人们完善 individual 技能的一种方式。
令人惊讶的是，传递领域通用型和领域特定型信息的神经元在内侧额叶皮层中是混合在一起的。
"我们过去认为大脑中有些部分专门负责领域通用型表现监控，而其他部分专门负责领域特定型，"Rutishauser说。"我们的研究 now 表明情况并非如此。我们了解到，完全同一组神经元可以同时进行领域通用型和领域特定型表现监控。当你 listening 到这些神经元时，你可以同时读出这两种类型的信息。"
为了理解大脑其他区域如何解释这些信号，将神经元想象成交响乐团中的演奏者会有所帮助，Rutishauser说。
"如果他们全部随意演奏，听众——在这里是指接收信号的大脑区域——就只能听到一堆混乱的音符，"Rutishauser说。"但如果他们演奏一首编排好的乐曲，那么即使有这么多乐器（或者说表现监控神经元）同时演奏，也有可能清晰地听到各种旋律和和声。"
然而，这种信号过多或过少都可能引起问题，Rutishauser说。
过度活跃的表现监控可能表现为强迫症，导致一个人强迫性地检查并不存在的错误。另一个极端是精神分裂症，其表现监控可能活跃不足到一定程度，以至于患者感知不到错误或其言行举止的不当之处。
"我们相信，我们所获得的机制性知识对于完善这些严重精神疾病的治疗至关重要，"Rutishauser说。
研究团队还包括Cedars-Sinai癫痫项目主任Jeffrey Chung博士；神经学助理教授Chrystal Reed博士；神经外科教授、功能神经外科项目主任Adam Mamelak博士；加州理工学院心理学、神经科学和生物学教授Ralph Adolphs博士；以及研究助理Danielle Beam。
本研究由BRAIN Initiative资助号U01NS117839、国家心理健康研究所资助号R01MH110831和P50MH094258以及国家科学基金会资助号BCS-1554105支持。