2025年2月，华南师范大学刘志雅课题组在神经科学顶级期刊The Journal of Neuroscience发表题为“Emergence of Categorical Representations in Parietal and Ventromedial Prefrontal Cortex across Extended Training”的研究论文。该研究揭示了腹内侧前额叶皮层（vmPFC）和顶叶内沟（IPS）在训练后的类别学习自动化加工中逐渐形成的表征机制，为理解人脑如何通过学习逐步构建和巩固类别知识提供了新证据。

   类别学习是人类和动物适应环境的一项基本能力。无论是区分“猫”和“狗”，还是判断一株植物是否有毒，分类能力都帮助我们快速做出恰当的反应。日常生活中的分类往往基于长期经验，但大多数实验室研究主要集中在短期学习，对长期训练下大脑类别表征如何逐渐形成仍缺乏深入了解。已有研究显示，感知类别学习依赖皮层–纹状体系统，包括尾状核、壳核、顶内沟、运动皮层和视觉皮层等。学习早期通常依赖前额叶和尾状核头部等目标导向机制，而随着训练深入，会逐渐转向更为程序化和习惯化的机制。本研究正是在这一背景下展开，旨在揭示长期训练下类别学习表征的神经基础。

   为此，研究团队设计了一个原型变异的类别学习任务，邀请参与者在连续三天内进行学习，并在第一天和第三天进行功能磁共振成像（fMRI）扫描。通过结合单变量分析、多体素模式分析（MVPA）和表征相似性分析（RSA），研究比较了初始学习与熟练阶段的大脑表征变化，从而揭示大脑在不同学习阶段的动态过程。

   结果显示，随着训练的深入，参与者的分类准确率和反应速度显著提高，表现出学习逐渐自动化的趋势。在脑成像结果中，顶内沟（IPS）在熟练阶段对类别隶属关系更加敏感，能够有效区分已训练类别与新类别；腹内侧前额叶皮层（vmPFC）上部对类别原型表现出敏感性，下部则整合了原型、随机刺激和类别结构，提示其在图式知识形成中的重要作用；运动皮层不仅执行手部反应，还编码了类别决策和证据积累，显示其在认知与动作整合中的价值。此外，皮层–纹状体系统也呈现出明显的动态变化：学习早期目标导向系统活跃，而随着训练深入，活动逐渐转向感觉–运动网络，反映出从显性假设检验到程序性策略的转变。

   这些结果揭示了不同脑区在类别学习中的分工与协作。IPS 的表征结构主要反映了决策边界，帮助大脑在熟练阶段实现对类别内部与外部刺激的区分，从而支持对新刺激的迁移性判断；VMPFC 则不仅表征原型，还整合多种类别相关信息，并与长期知识系统紧密相连，这提示它在图式化知识形成中具有核心地位。运动皮层的结果提示它的活动不仅与反应执行有关，还与类别证据的积累和认知–运动一体化密切相关。这意味着，在熟练阶段，大脑的分类决策不仅发生在“思维”层面，也深度结合了动作控制过程。

   值得注意的是，本研究还通过双任务实验发现，即使在训练早期（不足200次试次），参与者在额外任务负荷下的分类准确率也未显著下降。这一结果表明，类别学习在相对较短时间内便能表现出一定的自动化特征，这种特征不仅提高了学习效率，也有助于在复杂环境中实现多任务并行。这与我们日常生活中“边聊天边开车”或“边听音乐边写字”等自动化经验高度契合。

   综上，本研究结果显示，大脑在学习的不同阶段会逐步发生重组。IPS 和 VMPFC 在长期训练后逐渐发展出对类别信息更敏感的表征，分别对应类别结构和分类表现的不同方面。换句话说，大脑并不是一开始就“知道”如何高效分类，而是通过不断训练逐渐优化，形成对类别特征的更精细编码。这一发现让我们更清楚地理解了人类在学习和练习过程中，大脑如何逐渐建立并巩固知识结构。

   该论文由华南师范大学应用心理研究中心作为第一署名单位发表，华南师范大学心理学院教授刘志雅为第一作者，华南师范大学特聘教授（长江学者讲座教授）Carol A. Seger 为通讯作者。参与该研究的还有团队成员张艺滔，温楚丹，袁靖钊三位硕士研究生，和张敬贤博士研究生。该研究受教育部人文社会科学重点研究基地项目（22JJD190006）和广东省自然科学基金项目资助（2023A1515012355）。

   原文连接：https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=f2d04a74876700e294b6459c79cd3a82