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基本信息

Title:Neural decoding of autobiographical mental image features with a general semantic model

發(fā)表時(shí)間：2025.12.12

發(fā)表期刊:Nature Communications

影響因子：15.7

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研究背景

當(dāng)我們閱讀一句簡(jiǎn)單的描述，例如 “那個(gè)調(diào)皮的孩子在餐廳打破了玻璃杯” 時(shí)，我們的大腦是在單純地處理抽象的語(yǔ)義符號(hào)，還是在調(diào)動(dòng)感官經(jīng)驗(yàn)去模擬這個(gè)場(chǎng)景？反過(guò)來(lái)，當(dāng)我們閉上雙眼，回味自己獨(dú)特的親身經(jīng)歷（如參加一場(chǎng)婚禮）時(shí)，這種“心理時(shí)間旅行”所依賴(lài)的神經(jīng)機(jī)制，與我們理解語(yǔ)言時(shí)調(diào)用的機(jī)制究竟有多大重疊？

長(zhǎng)期以來(lái)，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域傾向于將這兩個(gè)過(guò)程視為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。語(yǔ)言理解通常被歸因于涉及顳葉、頂葉和額葉外側(cè)的語(yǔ)義系統(tǒng)（Semantic System），被稱(chēng)為“心智的思想（Mind's Mind）” ；而自傳體記憶和心理意象則主要依賴(lài)中線皮層區(qū)域及海馬體的情景/自傳體系統(tǒng)（Episodic System），被稱(chēng)為“心智的眼睛（Mind's Eye）” 。盡管兩者都植根于人類(lèi)的經(jīng)驗(yàn)，但它們在神經(jīng)表征上的共性一直未被完全闡明。

如果這兩個(gè)系統(tǒng)在功能上是割裂的，我們就很難解釋為什么語(yǔ)言能夠如此生動(dòng)地喚起我們的個(gè)人記憶，也很難解釋我們?nèi)绾斡谜Z(yǔ)言向他人描述內(nèi)心私密的心理意象。本研究通過(guò)構(gòu)建一個(gè)通用的語(yǔ)義模型，試圖挑戰(zhàn)這一傳統(tǒng)界限，探究是否能夠利用訓(xùn)練于“閱讀句子”的大腦解碼器，直接讀取并重構(gòu)個(gè)體在“回憶往事”時(shí)的心理圖像特征。這不僅關(guān)乎我們要如何理解記憶與語(yǔ)言的本質(zhì)，更是通向構(gòu)建能夠理解人類(lèi)深層思維的腦機(jī)接口的重要一步。

研究核心總結(jié)

本研究 2025年12月12日 在線發(fā)表于Nature Communications，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)50名參與者（涵蓋青年與老年群體）的功能性磁共振成像（fMRI）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭示了語(yǔ)言理解與自傳體心理意象在神經(jīng)表征上的深度共享機(jī)制。

Fig. 1 | Decoding autobiographical mental image features from fMRI data with a general semantic model.

核心發(fā)現(xiàn)一：跨任務(wù)的“零樣本”神經(jīng)解碼

研究者首先基于一組獨(dú)立的被試（14人）在閱讀句子時(shí)的fMRI數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一個(gè)通用語(yǔ)義解碼器（General Semantic Decoder）。該模型使用20個(gè)“體驗(yàn)性特征”（如視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、社交、情感、空間等維度）來(lái)量化語(yǔ)義信息。令人驚訝的是，這個(gè)僅在“閱讀任務(wù)”上訓(xùn)練的模型，成功地從另一組完全不同的被試（50人）在進(jìn)行“自傳體想象任務(wù)”時(shí)的大腦活動(dòng)中，重構(gòu)出了他們心理意象的詳細(xì)特征。這證實(shí)了自傳體心理意象與句子語(yǔ)義理解在神經(jīng)編碼上存在顯著的重疊，兩者共享同一套表征空間。

Fig. 2 | Autobiographical mental image features were reconstructed from fMRI data using a general semantic decoding model.

核心發(fā)現(xiàn)二：默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)（DMN）子系統(tǒng)的功能分離

研究深入剖析了默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)（DMN）的三個(gè)子系統(tǒng)在表征共享中的不同角色，發(fā)現(xiàn)了精細(xì)的功能組織架構(gòu)：

• 核心DMN（Core-DMN）與額顳DMN（FT-DMN）：這兩個(gè)子系統(tǒng)在重構(gòu)社交互動(dòng)相關(guān)的特征（如“社交”、“溝通”、“言語(yǔ)”）方面表現(xiàn)出高度的一致性和準(zhǔn)確性。這表明，無(wú)論是通過(guò)閱讀理解他人的故事，還是回憶自己的社交經(jīng)歷，大腦都利用這些區(qū)域來(lái)處理社會(huì)認(rèn)知信息（如心理理論）。

• 內(nèi)側(cè)顳葉DMN（MT-DMN）：該子系統(tǒng)則表現(xiàn)出獨(dú)特的偏好，它能更準(zhǔn)確地重構(gòu)與感知和空間移動(dòng)相關(guān)的特征（如“路徑”、“顏色”、“味覺(jué)”）。這與MT-DMN（包含海馬結(jié)構(gòu)）在場(chǎng)景構(gòu)建和視覺(jué)空間模擬中的傳統(tǒng)角色相符。

Fig. 3 | Autobiographical mental image feature ratings were reconstructed from each DMN subsystem.

Fig. 4 | Differences in feature reconstruction accuracy between DMN sub-systems.

核心發(fā)現(xiàn)三：解碼個(gè)體差異與特異性體驗(yàn)

該模型不僅能解碼通用的語(yǔ)義類(lèi)別，還能捕捉到個(gè)體差異（Individual Differences）。由于不同年齡、不同背景的人對(duì)同一場(chǎng)景（如“婚禮”）的想象截然不同（例如年輕人可能側(cè)重于熱鬧的派對(duì)，老年人可能側(cè)重于儀式感），研究者發(fā)現(xiàn)，利用從他人閱讀數(shù)據(jù)中訓(xùn)練的模型，依然能夠以70%的準(zhǔn)確率區(qū)分出不同個(gè)體的特異性心理意象。這表明，這種共享的神經(jīng)編碼不僅包含類(lèi)別信息，還通過(guò)加權(quán)組合保留了極其個(gè)人化的體驗(yàn)細(xì)節(jié)。

Fig. 5 | Experiential features’ independent contributions to predicting mental image fMRI data.

關(guān)鍵意義

本研究有力地支持了情景記憶與語(yǔ)義記憶邊界模糊化的理論觀點(diǎn)，證明了人類(lèi)大腦在處理外部符號(hào)輸入（語(yǔ)言）和內(nèi)部模擬生成（想象）時(shí)，復(fù)用了相同的神經(jīng)基質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)為研發(fā)能夠“讀取”人類(lèi)復(fù)雜思維內(nèi)容的通用腦解碼器提供了重要的原理論證：即我們無(wú)需針對(duì)每個(gè)特定任務(wù)或特定個(gè)體重新訓(xùn)練模型，利用現(xiàn)有的語(yǔ)言語(yǔ)義模型即可在一定程度上解析個(gè)體的私密記憶體驗(yàn)。

Fig. 6 | Reconstruction of experiential mental image scenario structure was commensurate with GPT-2.

Abstract

To what extent does language comprehension engage the same brain areas that enable one to imagine autobiographical experiences? Traditionally, these two abilities have been thought to recruit largely separate neurocognitive systems, namely the semantic system – involving lateral aspects of the temporal, parietal, and frontal lobes – and the autobiographic/episodic system, primarily involving midline cortical areas and the hippocampus. Here, we provide evidence of shared representations elicited in sentence comprehension and self-generated autobiographical mental imagery that are most prominent in midline regions and present in both sets of cortical areas. Fifty participants who imagined their unique experiences of twenty common scenarios while undergoing functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) are analyzed. Self-reported, participant-specific experiential feature ratings of the mental images are reconstructed from fMRI activation in both midline and lateral surface cortical areas using a pre-trained semantic decoder. Critically, the semantic decoder was derived from fMRI activation recorded during sentence reading in a separate participant group. This finding demonstrates zero-shot decoding of participant-specific autobiographical feature ratings from fMRI data, across people and cognitive tasks. Moreover, it strongly suggests that the neural encoding of sentence meaning shares cortical areas and at least some representational codes with self-generated autobiographical mental images.

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分享人：飯哥

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部