哈佛联合团队Nature论文:人类神经元如何编码他人的看法?多元智能理论的细胞基
发布时间: 2021-04-14

萨特说:“他人即地狱”,映射着人类的社会行为与对他人观点的推断能力存在着复杂的关系。
而这种推断能力在社会认知中起了至关重要的作用。它不但让我们形成对他人隐蔽的观点与信念的详细理解,而且还让我们意识到,这些观点和信念与我们自己的观点存在异同。
尽管人类大脑中的大部分区域都和社会认知相关,但是,这其中的细胞工作机制尚不明朗。
刊登于 Nature 的研究 Single-neuronal predictions of others’ beliefs in humans,帮助我们在这个问题上窥斑见豹。

我们已经发现,大脑的各个区域对于特定智能任务至关重要,例如,左半球的区域用于语言计算,右半球的区域用于空间计算。
迄今为止,各种认知能力对应的大脑特定区域基础和机制也得到大量揭示,但像这支 MIT 团队一样,能够准确识别编码他人观点信息的细胞、区分自身观点和他人观点的细胞的研究并不多见。
而且,这些细胞可谓相当 “专业”:它们仅在认为另一个人的观点是错误的情况下才做出反应,而某些神经元编码的信息可以将一个人的观点与另一个人的观点区分开。
正如首席科学家 Jamali 总结的那样,“通过结合所有神经元的计算,可以非常详细地表示另一个人的观点的内容,并准确地预测它们的真实性。”
识别他人观点的能力
人类有能力准确识别他人的观点,并区分自己和他人的观点。
这种心理学能力在人类个体发育的早期就开始形成,在社会认知中起着至关重要的作用。然而,与其他大多数基于感官的输入不同,动作和结果之间的关系已经在动物学中被进行广泛研究,但单神经元机制却知之甚少。
大脑功能区成像研究让我们了解了负责社会认知的脑区,包括颞部顶骨连接部位(TPJ)、颞上沟的部分区域以及背内侧前额叶皮层(dmFPC)。例如,TPJ 会在表征他人或他人观点时被激活;dmFPC 在把某一心理状态归于他人时会被激活。然后这些细胞的精细结构以及它们推断他人和他人观点的逻辑仍是未解之谜。
为了研究人脑对他人观点的理解能力,心理学家们建立了一类测试任务 —— 错误观点检测,测试人类推理他人观点的能力。
这些任务中,参与者被要求阅读一个简短的小故事,故事中的对象有可能持有错误的观点。比如,这个故事是 “你和 Tom 看到桌子上有一个罐子。Tom 离开后,你把罐子放进了橱柜”,接着测试者被问道 “Tom 认为罐子在哪里?”。这个例子涉及到心理学中两个重要的能力:推断他人观点的能力和区别他人观点与自己观点的能力。
本项研究便记录了人脑 dmFPC 区额叶细胞的相关数据,这部分区域在先前的实验中被证明和社会认知相关。
编码他人观点的神经元
通过分析人脑背侧前额叶皮层细胞,团队准确识别编码他人观点信息的细胞,以及区分自身观点和他人观点的细胞。;进一步地,通过追踪这些细胞的动态变化,论文展示了神经元细胞如何表征他人观点的内容,并判断观点的对错;最后,研究还展示了神经元如何从他人的特定角度推断出观点,以及神经元激活与行为表现之间的关系。
这些发现,揭示了人脑背侧前额叶皮层细胞编码他人观点的机制。
实验过程中,团队使用自定义多电极微阵列(图 1a)测量了 11 名参与者的 212 个 dmPFC 区神经元的神经信号。此外,还记录了另外 4 名参与者的 112 个神经元的神经信号做控制对比实验。因此,研究总共使用了 324 个神经元细胞。所有实验的测量精度都在毫秒级(图 1b)。
为了区别反映他人观点的神经元和其他的一般神经元,团队让参与者首先阅读一段简短的事实陈述,然后问他们一个与这段陈述相关的问题。其中,陈述部分提供了足够的信息以反映事件各方的观点和真实情况(图 1c)。为了进一步确定那些神经元能反映他人观点,我们还要求参与者回答他人观点是否正确(图 1c)。所有实验条件都被严格控制。

图 1. dmPFC 区的单神经元对他人观点的表征
很多 dmPFC 区神经元在思考他人观点时产生神经兴奋信号。
研究使用线性模型量化各个神经元在思考问题时的激活程度。实验发现,20%(42 个)神经元能够正确预测参与者是否在思考他人观点(图 1e,f,P<<span="">0.025)。总的来说,这些神经元的预测准确率高达 83±2%,显著高于随机水平(图 1g),表明这些神经元更区别观点和其他非社会性的神经信息。
为了进一步推断他人观点,还要对这些观点的对错进行判断。实验发现,23%(49 个)神经元能预测他人观点的正误(P<<span="">0.025),预测准确率高达 78±3%,显著高于随机水平(图 2c)。
换言之,尽管实验条件都涉及他人的观点和同样的问题,但这些神经元正确区分错误观点和正确观点。类似的发现也在其他技术观测中被发现。
神经元对他人观点的兴奋活动是鲁棒的,即对与不同的认知需求、复杂程度、推理的深度表现出相对不变性。因此,即便实验中的人物和内容各有不同,神经元仍能够可靠预测他人观点。

图 2. 单神经元预测他人观点对错
区分自身观点和他人观点
有人可能会说,所谓能够区分他人观点,只不过是神经元识别了过去和现在的现实状况而已。
而为了测试这种可能性,实验要求参与者思考那些过去正确但现在错误的客观陈述。
最终发现,49 个神经元能区分正确和错误的观点,但仅有 11 个神经元能区分过去正确但现在错误的客观陈述(图 3a)。而且,用来识别观点的神经元在识别事实时的正确率基本等于瞎猜,这说明这些神经元比起识别事实,更能反映他人观点。
为了进一步证实识别他人观点的神经元的功能,团队进行了额外的实验,在 20% 的实验中加入了额外的人为干扰。团队发现,那些在标准实验中能判断他人观点的神经元,在新实验中也能正确判断(图 3b)。因此,可以说,识别他人观点的神经预测确实能反映他人的视角。
最后,实验研究了识别他人观点的神经元是否能区分自身观点和他人观点。尽管一个人不可能在知道观点错误的情况下还保有该观点,但可以研究神经元如何表达自以为是的错误观点。
为了测试这样的表达,团队记录了额外的 112 个神经元在判断自身观点正确与否时的神经信号。分析自我观点识别实验,发现 31 个神经元正确预测了参与者自己想象的自身观点的对错(图 3c)。然而,这些神经元和识别他人观点的神经元不同(P=0.14)。
这些发现说明,识别他人观点的神经元不具备识别自身观点的信息,不负责识别自身观点。

图 3. 神经元对自身观点和他人观点的表达
预测他人观点的内容
为了准确推断他人观点,参与者不仅需要他人观点的正误,还需要识别特定的一些观点。例如,某些试验要求参与者考虑别人对一个物品可能是什么看法,而另一些试验则要求他们考虑物品的位置。60% 的神经元识别物品本身,34% 的神经元识别物品位置(图 4a)。
进一步的,这些神经元的预测准确率分别为 81 ± 4% 和 84 ± 4%,说明这些神经元能可靠的预测。

图 4. 对他人观点内容的识别
为了进一步推断他人观点,参与者需要决定考虑的是哪个物体。例如,Tom 认为罐子在桌子上还是橱柜里。
因此,为了研究神经元是否以及在何种程度上反映了这些信息,实验进一步把物品分为六类:物体(桌子)、地点(公园)、食品(蔬菜)、外观(红色)、动物(猫)、容器(柜橱)。结果发现神经元能够确定物品的分组,正确率为 64 ± 3%(图 4b)。因此,在以组为单位做预测时,这些神经元能够编码更详细的信息。
通过记录 dmPFC 神经元的神经信号,我们逐步探索了神经元是否参与他人观点的识别、是否能判断他人观点对错以及是否能依靠更详细的信息。
值得注意的是,这些能区分出他人观点并进一步思考他人观点的神经元,对于多元智能理论(MI theory,theory of multiple intelligences)的研究至关重要。该理论认为,智能是解决某一问题或创造某种产品的能力,而这一问题或这种产品在某一特定文化或特定环境中是被认为有价值的。
本篇论文的发现将值得关注,因为这些发现揭示了人脑 dmPFC 神经元能够编码他人观点,即便这些观点有误或异于自己的观点。然而,运动前区和补充运动区中的典型镜像神经元之前已经被证明可以反映有关他人可观察行为的信息,并表征他人类似于自己的行为。神经元是否以及如何表达他人观点还是未知的,目前仍不清楚。但是,在其他非人灵长类的大脑中已经发现有神经元可以预测其他个体的行为和期待。
另一个重要发现是,单神经元对他人观点的表征对任务难度和需求不敏感,同时也对推理有深度鲁棒。这表明神经表征是可泛化的,这一定程度上支持了多元智能理论。
还有一些神经元负责编码非社会性的信息,它们反映现实的真实情况,这侧面解释了为 u 时隔半年 dmPFC 区损伤有时并不会削弱社会推理能力。
总之,实验的观察为理解人类大脑提供了一个新颖的出发点:细胞层面的信息处理是多元智能理论的基础,是理解人类大脑中的神经元如何识别处理他人观点的基础,这对人类的社会认知及认知功能障碍的研究有深远影响。
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