The Walking Brain: Mapping feature-specific cortical responses to naturally unfolding sensory experience in the real world
本研究利用可穿戴高密度功能性近红外光谱技术（fNIRS）和参与者特定的视听录制，建立了一个基于特征的框架，成功实现了在不受约束的真实行走过程中，对自然展开的亮度、声音及面部特征所引发的皮层反应进行映射与预测。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
为了理解人类大脑是如何运作的，科学家们长期以来一直依赖于一个简单但具有局限性的技巧：他们让人们静静地坐在安静的房间里，在进行大脑扫描的同时观看电影或聆听故事。这种方法揭示了大脑是如何自我组织成特定的“邻里”的，不同的区域会为不同类型的信息（如声音或光线）亮起。然而，这种实验室环境剥离了使生活变得真实的要素：移动的能力、自由选择视线的能力，以及外部世界那种混乱且未经剧本编排的流动感。几十年来，一个谜团始终未解：当一个人实际上在繁忙的街道上行走、穿梭于车流、并遇到那些无人预设的人和声响时，大脑那套整齐、有序的世界地图是否依然成立。
波士顿大学的一个研究小组现在通过将大脑扫描仪从实验室移到街头，朝着回答这一问题迈出了重要一步。研究人员使用一种可穿戴的、背包大小的设备来测量大脑中的血流量，记录了二十名成年人在大学校园内沿着预定路线行走时的神经活动。与以往要求参与者执行特定任务的研究不同，这些行走者可以根据自己的步调自由移动，并注视任何吸引他们注意力的事物，同时安装在他们头部上的摄像头记录下了他们所见所闻的精确内容。随后，研究人员将这些现实世界中的大脑图谱，与另一组人在受控房间内观看自然主义电影时生成的大脑图谱进行了对比，两者使用了相同类型的大脑成像技术。
研究发现，大脑对基础感官信息的反应表现出惊人的稳定性，即使在环境不受控制的情况下也是如此。当研究人员观察大脑对光线变化和声音变化的反应时，无论是在黑暗的房间里看电影，还是在阳光明媚的校园里行走，大脑活动的图谱看起来都非常相似。具体而言，大脑中负责处理视觉亮度（brightness）和听觉音量（volume）的区域在两种设定下都表现出了很强的空间对应性。这表明，大脑处理光和声音的基础硬件足够强大，足以在经历由导演编写的剧本或在人行道上自然展开的情境时，都能保持一致的功能。
然而，当研究人员观察大脑对“脸部”的反应时，情况发生了变化。虽然在大脑处理电影中的脸部时表现出一致的模式（因为叙事和镜头角度引导了注意力），但在户外行走期间，这种模式变得零散且各不相同。研究人员认为，这是因为在电影中看到脸部通常是社交故事或特定情节的一部分，而在街上看到脸部则是一个转瞬即逝、由个人自主驱动的事件，可能会触发不同类型的注意力或社交处理。这表明，虽然大脑的基础感性的地图是稳固的，但其对脸部等复杂社交线索的反应，对环境背景以及个人如何选择与周围环境互动要敏感得多。
除了绘制这些反应图谱外，团队还测试了能否仅根据环境来预测大脑接下来的行为。通过将行走者摄像头记录到的连续光影、声音和运动数据输入计算机，他们构建了一个模型，该模型可以预测模型在行走过程中从未见过的某一部分时间内的脑活动。该模型能够以具有统计学意义的准确度预测大脑的血流动力学信号，这证明了现实世界中持续且未经剧本编排的感官输入，包含了足以预测神经活动的足够信息。这一发现意义重大，因为它证明了即使没有预先计划好的剧本，大脑对世界的反应也遵循一种可以从环境本身解码出来的、可预测的逻辑。
研究还显示，这些大脑图谱在同一个人身上是具有可重复性的。当同一批人在不同的时间走同一条路线时，尽管遇到的具体人物和事件不同，但他们大脑对光线和脸部的反应在两次行走之间保持了一致性。这表明大脑维持着一种稳定的内部表征，用于处理这些特征，即使在外部世界不断变化时，它也能作为一个可靠的锚点。然而，研究人员指出，这些图谱在不同人之间并不完全相同：虽然个体对自己表现出一致性，但不同行走者之间的具体模式差异较大，以至于一个单一的“平均”图谱无法准确描述每个人。这强调了虽然大脑的组织对于个体而言是稳定的，但每个人体验和处理世界的方式却是极其个性化的。
最终，这项研究为在“野外”研究大脑提供了新的框架。通过将可穿戴式大脑成像技术与重建一个人所经历的精确感官世界的能力相结合，科学家们现在可以超越实验室的人为限制。这项工作表明，大脑的特征特异性组织不仅是受控实验的产物，更是我们导航日常生活的基本属性。它证实了大脑处理光和声音的能力是具有韧性的，而其处理脸部等社交线索的能力则是灵活且依赖于情境的。最重要的是，它证明了我们现在可以测量并理解大脑在现实世界中发生的活动，这为神经科学捕捉人类经验的复杂性开启了大门。
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