PLOS Biology | 視覺搜索中，大腦如何同時編碼過去與現在的搜索目標

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基本信息

Title:Past and present goals are represented concurrently during visual search

發表時間:2026-05-04

發表期刊:PLOS Biology

影響因子:7.2

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研究背景

當我們在雜亂的辦公桌上尋找鑰匙時，我們的注意力不僅受到“我想找什么”（目標驅動，goal-driven）的引導，往往還會被“我昨天在哪里找到過它”（歷史驅動，history-driven）的經驗所左右。在認知神經科學中，這兩種力量被認為共同塑造了大腦的“空間優先級地圖”（spatial priority map），從而決定了注意力的最終落點。

然而，長期以來，研究者很難在神經層面上同時追蹤這兩種機制。主流觀點認為，目標驅動的注意依賴于持續的神經元放電，而歷史驅動的注意則依賴于改變短期突觸權重的“活動靜息”（activity-silent）機制。由于底層神經機制截然不同，以往的研究往往只能孤立地觀察其中一種，難以回答一個關鍵問題：在真實的視覺搜索中，目標與歷史經驗究竟是如何在大腦中整合與競爭的？

近期發表于 PLOS Biology 的一項研究打破了這一僵局。研究者通過對兩項視覺搜索任務的腦電（EEG）數據進行深度的多變量模式分析，成功將目標驅動與歷史驅動的信號置于同一分析框架下。這項工作不僅證明了過去與現在的目標在大腦中是并行存在的，還揭示了歷史經驗對注意力的影響比我們想象的更加“固執”。

研究核心總結

這項研究重新分析了超過十萬個試次的 EEG 數據，通過倒置編碼模型（IEM）和表征相似性分析（RSA），清晰地拆解了視覺搜索過程中“過去”與“現在”的神經動態。

一、 即使毫無用處，大腦仍會短暫喚醒“上一次”的目標位置

在第一項視覺搜索實驗中，參與者需要在干擾物中尋找特定朝向的線段。行為學結果毫不意外地展現了跨試次啟動效應（intertrial priming）：當當前目標位置與上一次目標位置越接近時，參與者的反應越快、準確率越高。

更關鍵的是神經層面的發現。研究者利用 IEM 對腦電電壓拓撲圖進行解碼，發現當新的搜索陣列出現后不久（約 250 毫秒左右），大腦短暫而清晰地“重現”了上一個試次的目標位置。需要強調的是，實驗中的目標位置是完全隨機的，上一次的位置對當前任務毫無預測價值。這表明，歷史經驗的神經喚醒并不依賴于任務相關性，而是一種自發的神經反應。

Fig 1. 實驗1的任務設計與結果：行為學上呈現空間啟動效應，腦電解碼則揭示了前一次目標位置在當前試次中被短暫而清晰地神經喚醒。

如果參與者提前確切知道下一個目標會出現在哪里，這種對過去經驗的無用喚醒還會發生嗎？在實驗 2 中，研究者引入了 100% 有效的空間線索（Covert 條件），允許參與者在搜索陣列出現前，提前將隱性注意力轉移到即將出現目標的位置。

令人驚訝的是，即使在強烈的自上而下目標驅動下，前一次的目標位置依然在神經層面被激活了。事實上，當提示線索一出現，大腦就開始表征上一次的目標位置，并在搜索陣列出現后再次將其喚醒。這說明，歷史經驗在優先級地圖中的重現是極其僵化的，哪怕這種重現對當前明確的搜索任務毫無幫助，甚至可能產生干擾，大腦依然無法抑制它的出現。

Fig 2. 實驗2的任務設計與結果：即使參與者通過線索提前將注意力轉移到當前目標位置（Covert條件），前一次的目標位置依然在神經層面被激活。

為了直接比較這兩種底層機制不同的信號，研究者引入了表征相似性分析（RSA）。這種方法不依賴于特定的神經激活模式，而是通過計算神經信號的多元距離，獨立地追蹤當前目標與前一次目標。

RSA 的結果給出了最核心的結論：在視覺搜索期間，當前目標位置（目標驅動）與前一次目標位置（歷史驅動）解釋了腦電活動中完全不同的方差，并且它們是同時被表征的。雖然當前目標的神經表征強度更高、持續時間更長（貫穿整個試次），但前一次目標的表征也確鑿地與之并行存在。這直接證明了優先級地圖是由多個獨立的圖層疊加而成的，且目標與歷史圖層在搜索過程中處于同時激活的狀態。

Fig 3. 表征相似性分析（RSA）結果：在不同的搜索難度和線索條件下，大腦都在同時且獨立地表征當前目標位置與前一次目標位置。

研究意義

這項研究在理論和方法學上都做出了重要推進。

在理論層面，它挑戰了關于“活動靜息”工作記憶的傳統假設。以往理論認為，處于休眠狀態的過去經驗只有在變得與當前任務相關時才會被喚醒。但本研究表明，即使完全無關，歷史經驗也會被喚醒。研究者據此提出了“操作即喚醒”（operate-to-reactivate）框架：空間優先級地圖是一個高度整合的結構，只要你為了當前任務調用了目標驅動圖層，潛藏在歷史驅動圖層中的信息就會被自動“連帶”激活。

在方法學層面，該研究證明了 RSA 能夠有效地將依賴持續放電的信號與依賴突觸權重的信號放在同一尺度下進行比較，這為未來同時研究目標、刺激顯著性和歷史經驗如何共同爭奪注意力提供了強大的分析范式。

當然，研究也保留了謹慎的邊界。跨試次啟動效應雖然是歷史驅動注意的典型代表，但其他形式的選擇歷史（例如對干擾物規律的統計學習）是否也遵循完全相同的并行時間進程，仍需要未來研究進一步驗證。

分享人：飯鴿兒

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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