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，以及掌握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使用同一组神经元进行表现反馈——无论一个人是第一次尝试新任务，还是致力于完善特定技能。
“人类大脑的神奇之处部分在于它是如此灵活，”该研究的资深作者、神经外科、神经病学和生物医学科学教授、神经科学与医学中心主任、神经科学董事会讲席教授尤利·鲁蒂绍泽（Ueli Rutishauser）博士说。“我们设计这项研究旨在破解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，让人知道自己犯了错。一个例子是某人意识到自己开过了本该转弯的路口。另一个例子是某人在谈话中说了些什么，话刚一出口就意识到自己刚才说的话不恰当。
“那种‘哎呀，糟糕’的时刻，那种‘Oops！’的时刻，就是表现监控在起作用，”西达赛奈（Cedars-Sinai）鲁蒂绍泽实验室的博士后研究员、该研究的第一作者傅中正（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。表现监控还通过发出信号表明任务期间遇到了多少冲突或困难，帮助大脑调整其注意力。
“因此，一个‘Oops！’时刻可能会促使某人下次与朋友聊天时更加集中注意力，或者在下班回家的路上计划去商店时更加留心，”傅说。
为了观察实际运作中的表现监控，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病灶。具体而言，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Stroop任务中，该任务让阅读与颜色命名相互竞争，参与者观看一种颜色的书写名称，例如“红色”，该名称用另一种颜色的墨水打印，例如绿色，并被要求说出墨水的颜色而不是书写的单词。
“这在大脑中产生了冲突，”鲁蒂绍泽说。“你有几十年的阅读训练，但现在你的目标是抑制这种阅读习惯，说出单词所写的墨水颜色。”
在另一项任务，即涉及识别数字的多源干扰任务（MSIT）中，参与者在屏幕上看到三个数字，两个相同，另一个独特——例如1-2-2。受试者的任务是按下与独特数字相关联的按钮——在本例中是“1”——并抵制按下“2”的倾向，因为该数字出现了两次。
“这两项任务是对自我监控如何在不同认知领域的不同场景中参与的有力测试，”傅说。
结构化的反应
当受试者执行这些任务时，研究人员注意到有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”神经元则针对受试者刚刚执行的任务难度做出反应而放电。
“当我们观察这个大脑区域的神经元活动时，让我们惊讶的是，它们大多数只在决定或行动完成后才变得活跃。这表明该大脑区域在事后评估决定方面发挥作用，而不是做出决定。”
表现监控有两种类型：领域一般性和领域特异性。领域一般性表现监控告诉我们出了问题，并且可以检测任何类型任务中的错误——无论某人是在开车、应对社交场合还是第一次玩Wordle。这使他们能够在很少指导的情况下执行新任务，这是机器无法做到的。
“机器可以被训练得非常好地做一件事，”傅说。“你可以制造一个机器人来翻转汉堡包，但它无法将这些技能适应到煎饺子上。人类得益于领域一般性表现监控，却可以做到。”
领域特异性表现监控告诉犯错的人出了什么问题，检测具体的错误——比如他们错过了转弯、说了不恰当的话或在拼图中选错了字母。这是人们完善个人技能的一种方式。
令人惊讶的是，发出领域一般性和领域特异性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部分区域专门负责领域一般性表现监控，而其他区域只负责领域特异性表现监控，”鲁蒂绍泽说。“我们的研究现在表明情况并非如此。我们已经了解到，同一组神经元可以同时进行领域一般性和领域特异性表现监控。当你监听这些神经元时，你可以同时读出这两种类型的信息。”
鲁蒂绍泽说，要理解大脑其他区域如何解读这些信号，将神经元想象成管弦乐队中的音乐家会有所帮助。
“如果它们随意演奏，听众——在这里是指接收信号的大脑区域——只会听到一组混乱的音符，”鲁蒂绍泽说。“但如果它们演奏一首编排好的乐曲，即使有这么多乐器——或表现监控神经元——同时演奏，也有可能清晰地听到各种旋律和和声。”
然而，鲁蒂绍泽说，这种信号过多或过少都会导致问题。
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，以至于一个人察觉不到错误，或察觉不到其言语或行为的不恰当。
“我们相信，我们获得的机制知识对于完善这些严重精神疾病的治疗至关重要，”鲁蒂绍泽说。
研究团队还包括西达赛奈癫痫项目主任杰弗里·钟（Jeffrey Chung）医学博士；神经病学助理教授克里斯托·里德（Chrystal Reed）医学博士兼博士；神经外科教授兼功能性神经外科项目主任亚当·马梅拉克（Adam Mamelak）医学博士；加州理工学院心理学、神经科学和生物学教授拉尔夫·阿道夫斯（Ralph Adolphs）博士；以及研究助理丹妮尔·比姆（Danielle Beam）。
该研究得到了BRAIN计划资助号U01NS117839、美国国家心理健康研究所资助号R01MH110831和P50MH094258，以及美国国家科学基金会资助号BCS-1554105的支持。