世界如此嘈杂，我们为何没有陷入混乱？

我们生命中的每一刻，身体都浸没在感觉信号之中。光子撞击视网膜，压缩空气形成的声波冲击耳膜，挥发性分子与鼻腔中的受体结合，化学物质覆盖味蕾，压力与热量激活皮肤里的神经末梢。我们之所以能在这股洪流中行动，是因为大脑进行了海量的数据压缩。通过一个称为“分类”的过程，大脑把混乱、嘈杂而信息丰富的世界转化为物体、人物、概念和情绪，使我们能够在经验层面理解它们并采取行动。

按照神经科学的传统观点，分类发生在感觉处理的最后阶段。大脑被动接收感觉细节，随后解码其中的特征，再将它们与记忆中储存的模板匹配，就像职员在神经文件柜里翻找档案。然而，这种分类观很难解释我们为世界特征贴标签时表现出的惊人灵活性。在天气晴朗、视野开阔的街道上，突然响起的一阵有节奏的扑簌声，会被听成鸽子振翅起飞；可当我们夜晚走在一条光线昏暗的小巷里，同样的声音却会变成陌生人的脚步声。面对相似的感觉信号，大脑为何能根据情境作出截然不同的分类？

两位世界领先的神经科学家把对大脑功能与结构的最新认识带入了这个问题。在《自然-神经科学综述》（Nature Reviews Neuroscience）上，美国东北大学研究情绪心理学与神经科学的莉萨·费尔德曼·巴雷特（Lisa Feldman Barrett），与麻省理工学院研究大脑如何执行目标导向行为的厄尔·米勒（Earl Miller）合作，提出了一种关于分类的新观点。他们描述了大脑如何持续不断地逐刻重建类别；这一过程不仅以感觉和记忆为依据，也取决于身体当下的生理需求。

这套框架的核心是一项反直觉的洞见。我们可能以为，自己划分出的类别反映了客观现实；但两位研究者主张，大脑其实会根据身体的生存需求，把类别投射到世界之上。甚至在我们意识到自己的感觉印象之前，大脑就已经开始调动身体采取行动，以维持生理系统运行所需的能量资源。由此看来，最终塑造并限制我们如何对世界中的物体与特征进行分类的，是大脑的预测，而非感觉信息逐渐累积的结果。

马里兰大学神经科学家路易斯·佩索阿（Luiz Pessoa）称，两人提出的框架为分类提供了“一种全新的视角”。他说，他们把“维持生命的能量约束视为我们建构类别方式的根本”，这种观点“确实值得深入研究”。

巴雷特和米勒的框架还有一项新假设：分类并非发生在大脑的某个特定区域，而是遍及整个大脑，甚至延伸到大脑之外。他们认为，要理解生物如何形成类别，神经科学家必须考察整个神经系统，从头到脚，无一例外。

重量级组合

多年来，这两位颇具影响力的神经科学家一直处在相近的学术圈内，却从未直接合作。

米勒测量大脑中的高层级电活动模式，以更好地理解一种神经计算模型——预测编码——背后的机制。预测编码理论认为，我们的知觉是大脑预测的产物，而不是大脑根据被动接收的感觉信号搭建出来的场景。

通常，当我们身处一个没有任何新奇信息的普通感觉场景中——比如在家放松——大脑会产生关于周围环境的预测信号，即反馈信号；这些信号会压过传入的感觉信号，也就是“前馈”信号。但如果意外发生，即某个事件偏离了预测模型，抵达视觉皮层等区域的感觉前馈信号就会与预测性反馈信号发生抵触，两者之差便形成预测误差。当感觉信号违背了你的预测模型，它们可能以惊讶感的形式进入意识体验。

“你的大脑必须不断预测接下来几秒会发生什么，因为它必须过滤掉绝大多数传入的感觉信息，”米勒说，“它不可能处理全部信息，所以主要寻找的是那些与预测不一致的内容，因为这些内容信息量更大。”

在自己的研究中，巴雷特把预测与预期的思想用于我们对情绪的理论理解。她的研究以“异稳态调节”（allostasis）为核心，即生物如何通过预测来调节能量使用。在她看来，恐惧、幸福和愤怒等情绪类别，类似神经系统生成的预测性“行动方案”，用来启动那些过去曾对我们有利的行为。例如，当一个人被狗追赶时，身体会进入激动状态，心率升高、呼吸加快、肌肉紧绷；在这一情境下，这些状态会指向“恐惧”这一情绪类别，从而启动特定行为，调配能量资源，让我们迎战或逃跑。传统观点认为，情绪由出生时就已存在的特定神经回路预先设定。巴雷特则推动研究表明，我们会结合身体内部的信号与外部情境，建构出不同的情绪类别。

莉萨·费尔德曼·巴雷特主导的研究表明，我们的神经系统会建构情绪，以调节能量和行为。

Mark Karlsberg Studio Eleven

2025年，巴雷特联系了米勒，询问他是否愿意整合两人的观点，为分类建立一套新框架——一套超越“文件柜”模型、纳入预测与异稳态调节思想的框架。“即使非常出色的科学家，有时也会受到传统思维的引导，很难跳出它的限制，”她说，“他立刻就明白了我的意思。”于是，她问米勒是否愿意共同撰写一篇论文，米勒答应了。

“在讨论中，我们逐渐发现彼此志趣相投，”米勒说，“我欣赏莉萨的一点，是她始终从全局出发思考……我们都不怕提出与标准看法相悖的观点。”

活动不息的类别

作为动物，我们必须在变化中生存——外部环境不断变化，自己的身体也同样如此。我们的能量、时间和计算资源都很有限，不可能理解每种情境中的每一个细节。为了活下去，我们不得不走捷径。

类别由此登场。“所谓类别，是指在特定情境下，把不同事物视为相似或等同的过程，”巴雷特说。类别可以简单到“食物”“威胁”或“配偶”；人类还拥有非凡的能力，能够形成细致得多的类别，包括高度抽象的类别。走进一个哲学系，你会听到“正义”“真理”和“美”等类别。

厄尔·米勒在麻省理工学院测量脑波动力学，以研究脑波在认知中的作用。

Earl Miller

巴雷特表示，分类的作用，是调用与新情境相似的过去经验，采取能够维持身体系统运转的行为。“苹果”这一类别可以由光滑、圆形、红色、手掌大小等物理特征来界定，但它也包含一套规定我们应如何与之互动的行为策略，例如“适合食用”或“腐烂后应当丢弃”。

“分类的一个重要之处在于，你做这一切都是有目的的，”普林斯顿大学神经科学家蒂莫西·布施曼（Timothy Buschman）说，“分类是为了支持当前任务。无论你想要什么，无论身处何种情境，你都会依据某样东西对你的意义来给它分类。”

但类别究竟如何形成？传统观点认为，我们的经验会随时间积累出一份概括性的属性清单，形成诸如“猫”这样的类别，让我们能够区分毛茸茸的生物。按照这种模型，我们接收感觉信息，再把它删减到能够与记忆中的类别特征相匹配。米勒用这样的过程作了示范：“哦，这里有个形状像尾巴的东西；它有耳朵，也有毛——现在我已经识别出了所有这些特征。接着我查询自己的记忆库：哦，原来是只猫。”

然而在巴雷特和米勒看来，早在感觉系统识别出传统意义上的类别之前，大脑就已经调用对相似过往情境的记忆，预测出一组适合新情境的行为。

设想你正在走路，突然感到腿上被什么东西刮了一下。如果身处安全地点、心情平静，你会继续向前走，甚至不会再多想这种感觉。但假如你正在陌生地点穿过一片高草，心跳和呼吸都比平常更快，情况就不同了。你会感到紧张，因为大脑已经以预测的方式为身体调配资源，准备逃离任何潜在威胁；而紧张感又使你预先倾向于把这次刮擦视作潜在威胁——可能是昆虫叮咬，甚至更糟，是蛇。

在两种情境中，刮擦感完全相同，但大脑对它的分类却截然不同。范围广泛得多的信号——包括环境信号和身体信号——都会影响我们如何形成类别，这一点为巴雷特和米勒的新框架奠定了基础。

他们的主张以自己及其他实验室多年积累的解剖学、电生理学和脑成像研究为基础，并据此提出：分类是一种持续运行的预测工具，神经系统借助它引导行为，让生物得以存活。

他们的一部分证据来自神经元层面。两人援引研究说明，大脑的连接结构更偏向预测信号，而非感觉信号。例如，促进内部生成信号沿反馈方向传递的神经元连接，远多于处理源自感觉系统的前馈信号的连接。即使在视觉皮层内部，也有90%的突触连接服务于反馈信号传递。这表明，大脑的结构更适合预测类别、知觉与行为，而不是在受到刺激后才被动进行分类。

在前馈一侧，两位作者描述了传递感觉信息的神经回路如何在向大脑深部延伸的过程中经历大幅压缩。这些回路会经过大量密集排列、彼此连接却很少的小型神经元，信号随后经由数量更少、体积更大、连接更充分的神经元逐步精简。沿着这一梯度传递时，感觉信号会变得高度抽象，最终抵达整合区域；这些区域协调感觉、记忆与身体信息，以引导行为。

随后，两位作者借助米勒实验室的电生理学研究，说明反馈信号与前馈信号如何相互作用。从大尺度观察大脑，代表大量神经元活动的行波承载着有关目标、计划以及身体能量状态的信息。这些波随即与其他承载感觉信息的波相遇并融合。

巴雷特和米勒认为，在大脑中层叠传播的信息波相互作用，可以开始解释为何同一组外部感觉信号在不同情境下会被划入不同类别。如果你又累又饿，一只磕碰受伤、熟过头的苹果会被归为急需的食物；如果你休息充分、能量充足，它就只是一只品质不佳、可以略过不选的水果。

伦敦大学学院研究啮齿动物分类行为的桑德拉·赖内特（Sandra Reinert）说：“对我们而言，内部状态与感觉输入同样重要，甚至更加重要。内部情境如何重新映射我们的规则［即形成类别所依据的规则］，完全符合直觉。”

无处不在，同时发生

巴雷特和米勒框架的一个核心部分，是预测信号在大脑中的起源。在多数有关视觉分类的神经科学文献中，位于大脑外表面的皮层整合区域，被视为预测性预期的来源。“他们［巴雷特和米勒］走了一条不同的路，”佩索阿说，“他们把边缘系统核心视为这些预测信号的来源。”

边缘系统核心包括位于大脑深部的一些结构，它们会整合来自身体、感觉系统、记忆以及高级认知功能的信号。这个整合网络不仅邻近下丘脑，也与之高度连接。下丘脑是大脑中演化古老的部分，负责监测体温、心率和饥饿等基本身体功能。

下丘脑会向皮层提供有关身体能量状态的信息。皮层是大脑最外侧、布满褶皱的一层，参与执行控制等高级认知功能。基于这一点，两位作者提出假设：边缘系统核心有助于大脑预判身体的能量需求。

内部信号与外部信号经过最大程度压缩后的摘要，正是在边缘系统核心交汇。你可以想象，神经系统的结构就像两个漏斗，合在一起呈领结形，并在最窄处相接；这个交点便是边缘系统核心，也是压缩程度最高的地方。视觉信息沿视觉皮层向大脑深部传递时会受到压缩，生理信号同样如此：它们从身体出发，沿迷走神经向上传入大脑，途中不断受到压缩。随后，这些信号抵达边缘系统核心，与压缩后的感觉信息整合，共同生成适当的类别及其对应行为。

两位作者写道，根据类别不同——无论是“苹果”这样的视觉类别、“正义”这样的抽象类别，还是“敬畏”这样的情绪类别——预测性反馈信号与压缩后的感觉前馈信号，都可能在许多不同的神经区域发生相互作用。整个过程遍及完整的神经系统。

巴雷特强调，为这个过程选定任何一个特定起点，其实都是人为的。谈到边缘系统核心时，她说：“为了开展科学讨论，你必须说，‘我要选取这个位置作为起点。’但我们完全也可以选择其他位置。”

米勒对此表示赞同。“莉萨和我认为，这件事发生在每个层级、许多不同的位置，是前馈与反馈这两股方向相反、彼此作用的信息流共同产生的结果，”他说，“它不只发生在大脑的一端，而传统观点一直以为它发生在那里。”

巴雷特和米勒正在呼吁整个领域超越一种旧模型：类别并不是像文件一样储存在大脑的文件柜中。从大脑压缩感觉信息的结构，到它预测并调动身体作出反应的方式，两位作者写道，分类早已“内置”在神经系统之中。它是神经系统的一项核心组织原则，会调动记忆、知觉与行为，帮助我们在这个信息丰富的世界中更好地生存。

作者：Conor Feehly

译者：EY

https://www.quantamagazine.org/a-new-framework-for-how-the-brain-compresses-our-noisy-world-20260824/