中國日?qǐng)?bào)2月14日電（記者 趙磊）熟練掌握網(wǎng)球的人，往往能更快上手羽毛球、乒乓球等其他球類運(yùn)動(dòng)；學(xué)會(huì)一種解題思路，遇到類似問題也能迅速上手。這種"舉一反三"的能力，是人類智能最迷人的特質(zhì)之一。這種能力并非簡單的記憶疊加，而是一種更高層級(jí)的"學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)"（learning to learn）能力——大腦能夠提取任務(wù)背后的共性規(guī)律，并在新的情境中高效復(fù)用。這一能力的神經(jīng)基礎(chǔ)，是大腦在學(xué)習(xí)過程中形成的可重復(fù)利用的穩(wěn)定神經(jīng)活動(dòng)模式，即心理學(xué)中的"圖式"。但長期以來，大腦如何在復(fù)用已有知識(shí)的同時(shí)，靈活適應(yīng)新的任務(wù)條件，始終是個(gè)謎題。

記者日前從解放軍總醫(yī)院第九醫(yī)學(xué)中心顧建文教授處獲悉，其研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所、吉林大學(xué)第一醫(yī)院合力攻關(guān)，為該問題提供了重要解答。研究首次發(fā)現(xiàn)，靈長類大腦的神經(jīng)活動(dòng)會(huì)形成兩個(gè)近乎正交的表征空間，分別負(fù)責(zé)表征穩(wěn)定的"圖式"結(jié)構(gòu)與隨具體任務(wù)變化的特征，這一神經(jīng)組織方式巧妙破解了學(xué)習(xí)過程中穩(wěn)定性與靈活性的平衡難題。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)以獼猴為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，訓(xùn)練其完成一系列視覺—運(yùn)動(dòng)映射任務(wù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著訓(xùn)練推進(jìn)，獼猴在后續(xù)同類任務(wù)中的學(xué)習(xí)速度顯著提升，表現(xiàn)出明顯的"舉一反三"能力。這表明，靈長類動(dòng)物與人類一樣，能夠提取任務(wù)中的抽象結(jié)構(gòu)，并將其遷移應(yīng)用于新問題。

進(jìn)一步的神經(jīng)記錄顯示，在獼猴背側(cè)前運(yùn)動(dòng)區(qū)（PMd）的神經(jīng)群體活動(dòng)中，大腦會(huì)自發(fā)形成兩個(gè)幾乎相互正交的表征空間：一個(gè)是穩(wěn)定的"決策子空間"，其中存在低維神經(jīng)流形，負(fù)責(zé)編碼任務(wù)的核心決策邏輯。即使具體視覺刺激發(fā)生變化，只要決策規(guī)則不變，大腦仍會(huì)復(fù)用這一穩(wěn)定的神經(jīng)模式。另一個(gè)是相對(duì)獨(dú)立的"感覺子空間"，專門編碼當(dāng)前任務(wù)的具體感覺特征，用于適配新的外部條件。這種近乎正交的神經(jīng)組織方式，使得穩(wěn)定知識(shí)與新信息在不同表征空間中運(yùn)行，彼此干擾最小化。換句話說，大腦通過"表征空間分離"實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的穩(wěn)定存儲(chǔ)與靈活更新。

這一成果不僅深化了學(xué)界對(duì)靈長類大腦學(xué)習(xí)機(jī)制的理解，也為人工智能的發(fā)展提供了重要啟示，可以指導(dǎo)人工智能算法向自然智能方向發(fā)展。當(dāng)前深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)在連續(xù)學(xué)習(xí)多個(gè)任務(wù)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)"災(zāi)難性遺忘"——新任務(wù)的學(xué)習(xí)會(huì)干擾舊任務(wù)的知識(shí)。相比之下，靈長類大腦通過構(gòu)建相互正交的表征空間，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)隔離與復(fù)用并存。借鑒這一策略，有望為構(gòu)建具備快速學(xué)習(xí)、靈活適應(yīng)能力的新一代人工智能系統(tǒng)提供全新設(shè)計(jì)思路。

本研究的共同第一作者為中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所博士研究生田凱茜、吉林大學(xué)第一醫(yī)院趙智平醫(yī)生及中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所陳陽副研究員；中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所余山研究員與解放軍總醫(yī)院第九醫(yī)學(xué)中心顧建文教授為共同通訊作者。研究工作得到國家科技創(chuàng)新2030-"腦科學(xué)與類腦研究"重大項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)等資助。