大脑如何在规则突变时灵活应变？额顶叶皮层动态通信机制获揭示

在日常生活中，我们时常面临规则突然改变的挑战。比如驾驶时，大脑不仅要依赖记忆中的路线和操作技能，还需随时应对道路封闭或交通变化。这种灵活应变的能力背后，大脑是如何运作的？爱荷华大学的一项新研究给出了答案：大脑的信息枢纽——额顶叶皮层，并非简单地“更活跃”，而是动态地改变其与其他脑区的通信方式，根据决策不同阶段所需的信息灵活调整连接模式。

实验设计：当正确反应变成错误

研究团队招募了38名年龄在18至35岁之间的参与者。实验首先让参与者学习将颜色、面孔和场景的组合与特定按键反应相关联——每个组合对应使用左手或右手的食指或中指按下按钮。一旦参与者掌握了这些关联，研究人员便悄然改变配对规则。此时，要做出正确反应，参与者必须重新学习屏幕内容与手指动作之间的新连接。

“如果他们总是做对，就知道自己建立了正确的关联；但一旦开始出错，他们就会猜测：‘哦，是情境变了，还是我没看清颜色？’这就产生了不确定性。”研究通讯作者、爱荷华大学心理与脑科学系副教授Kai Hwang解释道。这种不确定性恰好为团队提供了一个窗口，用以观察额顶叶皮层如何与其他脑系统连接。

研究人员结合实验数据和功能磁共振成像（fMRI）扫描——该技术通过测量血氧水平依赖信号来反映脑活动变化——构建了一个计算模型，从而分离出不同脑区的独特信号。“我们的研究更详细地展示了额顶叶皮层如何运作——它从其他系统提取何种信息，以及如何利用其连接模式整合来自大脑不同区域的信息，”Hwang说，“这是主要贡献。”

整合残缺信号，形成连贯指令

神经科学家早已知道，额顶叶皮层通过选择与任务相关的信号、抑制无关信号来指导决策。Hwang团队在2025年发表于《神经科学杂志》的研究中发现，该网络能产生一个持续更新的、关于其他脑区信息的高层摘要。它会权衡可能不完整或不确定的信号，将其组合成连贯的画面，并指导其他脑区做出反应。

“这就像其他脑区没有掌握全部信息，于是把它们拥有的信息发送到额顶叶皮层寻求指导。”Hwang解释道。而这项新实验进一步检验了当参与者遭遇规则变化时，这一安排具有怎样的灵活性。

研究第一作者、Hwang实验室六年级研究生Stephanie Leach表示：“有机会开展这项研究特别有成就感，因为它让我为回答关于人类大脑——我们所知最迷人、最神秘、最复杂的系统——的问题做出了贡献。”Leach帮助设计了项目，主导了面对面实验，并共同领导了论文撰写。

从基础机制到临床启示

这些发现可能有助于研究人员探究神经和精神疾病中信息交换的差异，包括注意缺陷多动障碍（ADHD）和精神分裂症。潜在应用包括理解为何人们有时难以根据环境调整行为，例如在图书馆说话声音过大，或难以控制冲动——这在ADHD中很常见。

“这些是人们难以调节行为的情境。在我看来，这是一个整合问题。如果整合功能不能正常工作，那么很可能意味着他们没有利用正确的情境来调节行为。”Hwang说。

该研究由美国国家心理健康研究所和爱荷华神经科学研究所资助。通过将脑成像与计算建模相结合，这项工作不仅深化了我们对额顶叶皮层动态通信机制的理解，也为探索认知灵活性障碍的神经基础开辟了新途径。