上丘是中脑区域，传统上认为它可以帮助动物确定空间中的重要位置，例如引导眼睛和头部朝向明亮的闪光。芝加哥大学的新研究表明，大脑的这一部分也在复杂的认知任务中发挥作用，例如视觉分类和决策。

在发表于《自然神经科学》杂志的这项研究中，科学家测量了涉及视觉类别决策的多个大脑区域的脑细胞活动模式所包含的信息。研究人员监测了上丘 (SC) 和部分后顶叶皮层 (PPC) 的活动，PPC 是大脑皮层中对视觉类别决策很重要的区域。

令他们惊讶的是，他们发现 SC 中的活动比 PPC 更能指导受试者的类别决策，这表明它有助于协调传统上认为发生在大脑皮层中的高阶认知过程。

“在这里发现这类认知信号确实令人惊讶，因为大脑的这个区域传统上与更简单的空间定向行为甚至反射功能有关，”芝加哥大学神经生物学和神经科学研究所教授、新研究的资深作者大卫弗里德曼博士说。

“我们拥有这种进化古老的大脑结构，它似乎比我们在实验中研究的皮质区域更参与复杂的认知决策。”

具有惊人力量的古老大脑区域

所有动物，从鱼类和爬行动物到灵长类和人类等哺乳动物，都需要快速区分和分类视野内的物体。朝它们移动的物体是障碍物还是威胁？那个东西是捕食者还是猎物？

SC 是大脑中的一个区域，在进化过程中，所有脊椎动物都保留了这一区域，即使没有更复杂的新皮层的脊椎动物也是如此。它有助于引导头部和眼睛向视觉刺激方向运动，传统上人们认为它通过传递来自上游大脑区域的输入来启动反射性运动。

然而，最近的研究表明，它也涉及选择方向点和注意不同空间位置的刺激等复杂任务。

弗里德曼和他的团队多年来一直在研究与 SC 有紧密解剖学联系的其他皮质区域。这些相邻区域参与灵活且需要认知能力的决策任务，研究人员希望了解 SC 是否也参与更抽象的思维。

在最新的研究中，他们训练猴子完成视觉决策任务，即观察电脑屏幕上的图像。如果猴子在正确的时间按下按钮将图像归入正确的类别，它们就会得到果汁奖励。

当受试者执行任务时，研究人员记录了 SC 和侧顶内区 (LIP) 的脑细胞活动，LIP 是 PPC 的一部分，Freedman 实验室此前已证明它参与了这类任务中的类别决策。

由于这项任务要求受试者将目光集中在一个点上，并通过手部动作表明他们的选择，因此实验设计特别指出了分类所需的大脑活动，而不是通常被认为是 SC 工作的眼睛或头部运动。

研究人员发现，编码动物所见图像类别的 SC 中存在大量活动，这种活动比 PPC 中的活动更强烈。他们还进行了一项实验，在执行相同任务时注射药物暂时麻痹 SC。虽然这不会损害大多数受试者的运动和视觉功能，但它会严重影响他们正确分类图像的能力，直到药物效果消失。

“我们的研究结果表明，这个区域对于完成任务非常重要，”弗里德曼说。“即使在动物不需要移动眼睛或将注意力集中到不同地方的任务中，上丘也参与了这些更复杂的认知行为。”

解决问题的特殊“魅力”

弗里德曼说，在 SC 中发现这种活动不仅令人惊讶，而且它可能意味着为什么这个大脑区域被招募来解决如此复杂的任务。由于它存在于所有脊椎动物中，从原始鲨鱼到现代人类，它是最早进化来帮助处理视觉输入并产生相应运动的大脑区域之一。

但在这项新研究中，它还涉及明显的非空间功能。这是否表明空间处理为解决问题提供了特殊的“动力”？

弗里德曼指出了当人们被要求回忆某件事或做出决定时，人们会做出的眼部运动和手势。例如，如果有人问你昨晚吃了什么，你的眼睛通常会向上看，好像答案写在天花板上一样。或者，当你在两个选择之间权衡时，你可能会像天平的两侧一样上下移动双手。

“这些数据可能告诉我们，我们之所以做出这些空间手势和眼球运动，是因为大脑的空间部分被招募来帮助我们执行这些非空间认知功能，”第一作者、弗里德曼实验室前研究生、现任哈佛大学博士后研究员芭芭拉·佩萨霍维奇 (Barbara Peysakhovich) 博士说。

或者，我们都有过这样的经历：很难理解用文字写成的东西 - 比如关于神经科学研究的长篇新闻稿 - 但当相同的信息以图形形式呈现时，我们就能立即明白。

“人们说一张图片胜过千言万语——即使是一张非常简单的空间图也能迅速传达出比你所能描述的更多的信息，”弗里德曼说。“这就像大脑创造了这张美丽的心理方格纸，可以用来解决空间和非空间问题。”