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作为神经技术特刊的一部分，我们采访了加州理工学院（Caltech）的 James G. Boswell 神经科学教授理查德·安德森（Richard Andersen）。我们聊到了那些确立后顶叶皮层作为意图与行动规划关键枢纽的发现。他回顾了后顶叶皮层数十年的研究，并探讨了神经记录、解码和计算方面的进展如何重塑我们对认知的理解。
理查德·安德森（Richard A. Andersen）是一位神经科学家，他担任加州理工学院（Caltech）的 James G. Boswell 神经科学教授，以及该校天桥与陈氏脑机接口中心（T&C Chen Brain-Machine Interface Center）的主任兼领导主席。他的研究聚焦于后顶叶皮层（PPC），致力于揭示大脑如何将“意图”转化为行动规划。安德森是认知神经假体（Cognitive Neural Prosthetic） 路线的先驱，其团队通过在患者后顶叶皮层植入电极，直接解码运动意图，并将其转化为控制外部设备的指令，帮助瘫痪患者通过“想着去做”来控制机械臂或电脑光标。除了运动意图，他的团队还成功实现了对内部言语的解码，即把人在内心默念、没有实际发声的词语转化为实时文本，为失去语言能力的患者提供了新的沟通可能。
问：您的职业生涯贯穿了神经科学一个极具变革性的时期，从单神经元记录一直到基于AI的解码。回头看，您认为哪些技术进步最深地改变了我们向大脑提问的方式？
Richard Andersen：当年我找博士后职位时，非人灵长类的清醒电生理记录还比较少见。当时做这类工作的主要地方是 NIH 和约翰斯·霍普金斯大学。在 NIH，Edward Evarts 研究运动系统，Robert Wurtz 和他的团队研究视觉。在约翰斯·霍普金斯大学，Vernon Mountcastle 正在记录后顶叶皮层，我对此非常感兴趣，因为这个区域既迷人又神秘。Mountcastle 发现了一些似乎与眼动、伸手和抓握相关的神经元，因此这个区域看起来比人们之前认为的更具运动相关性。
大约两年后，来自 Wurtz 团队的 Mickey Goldberg 及其同事在 NIH 发表论文，对 Mountcastle 的解释提出了挑战[2]。他们的观点是，这些效应可能跟视觉或注意力有关，而非运动。因此，当我去 Mountcastle 那里做博士后时，面临的一个核心问题是：这些信号代表的是运动计划，还是仅仅与视觉加工和注意力有关？
其实，这两种观点都有道理。确实存在感觉层面的影响，也有运动相关的信号。我们发现，这些活动并不真的编码最终的运动本身，不像 Mountcastle 认为的那样。相反，它似乎是在编码动物的意图或计划。
真正让这个想法站稳脚跟的，是 Larry Snyder、Aaron Batista 和我 1997 年发表在 Nature 上的一篇论文。因为猴子可以把眼动和伸手动作分开，我们可以让它们分别计划一次眼跳或计划一次伸手。我们发现，负责眼动的外侧顶内区，在动物计划眼跳时特别活跃；而与伸手相关的区域，现在常被称为内侧顶内区，在动物计划伸手时特别活跃。如果这些活动仅仅是注意力或感觉加工的反映，那它就不应该随着动物的动作意图而改变。这是该领域向前迈出的一大步。
另一个重大进展是记录神经元群体技术的发展。如果你只看单个神经元的活动，往往很难准确理解正在发生什么。但当你记录细胞群体时，你会开始看到，每个神经元只贡献了拼图中的一小块。合在一起，底层的计算就变得清晰多了。这些进展也使我们以及许多其他团队能够转向人类记录。
今天的脑机接口正是发端于此。它打开了全新的可能性，既包括临床应用，也包括直接在人类身上做基础神经科学。
所以我会说，最大的两项技术进步是：第一，在清醒、可执行复杂行为的动物身上进行记录的技术，使我们能够识别与意图相关的信号；第二，大规模群体记录，它最终导向了现代脑机接口和人类神经记录。
问：您提到1997年那篇Nature论文是一个关键结果。那项研究在多大程度上改变了该领域对后顶叶皮层的思考？这些年来，哪些证据让您相信这个框架经受住了考验？
Richard Andersen：时至今日，我们依然是少数几个对后顶叶皮层进行大范围记录的团队之一。大多数其他团队集中在运动皮层，当然我们也记录运动皮层。能够直接比较这两个区域，对于理解它们的不同作用非常有用。在猴子的大脑中，眼动和伸手等不同的运动计划，在顶内沟的解剖结构上是分开的。除了上面描述的区域，Sakata 及其同事还描述了另一个重要的抓握相关区域，即前顶内区（AIP）。这些发现经受住了时间的考验。现在，我们正在使用功能性超声，发现它极其强大。我们再次看到了功能的分离。随后，我们可以用 Neuropixels 探针在这些区域内进行更精细的记录，同样的基本组织架构依然成立。
在人类中，情况要更复杂。植入前，我们会让参与者在想象或尝试抓握时（哪怕瘫痪）接受 fMRI 扫描，以此来定位 AIP 的人类同源区域。但当我们在该区域植入电极后，却发现了大量的混合活动。这让人想起 Earl Miller 和 Stefano Fusi 描述的混合选择性，但这里可以说是推到了极端。在后顶叶皮层使用一个 4×4 毫米的 96 电极阵列，我们能够解码几乎涉及身体所有部位的运动。即便是单个神经元，其信号也高度混合。相比之下，运动皮层植入物的信号混合程度要低得多，看起来更像人们预期的那样。运动皮层手部区域的神经元倾向于主要编码伸手或手部运动，涉及同侧或对侧的手。
这种差异可能反映了物种差异、采样的具体脑区差异，或是实验执行方式的不同。在猴子实验中，动物可能对一项任务要训练数月，而人类可以立即执行许多新任务，这使我们能够探测更广泛的行为。
问：您今天如何看待 Intentional Maps（意图图谱）框架？您认为哪些方面经受住了时间考验，又有哪些部分需要修正？
Richard Andersen：我认为这个框架在猴子模型中依然非常适用，并催生了大量后续研究。例如，Michael Shadlen 和 Bill Newsome 研究外侧顶内区的决策，发现的活动与我们描述的非常一致。他们在此基础上提出了一个模型，解释了相互竞争的潜在行动计划是如何被评估、并最终促成决策的（在他们的情况下涉及眼动）。许多团队多年来重复并扩展了这项研究，我们也一样。
人类的情况可能会更复杂，这也许并不奇怪。但这个框架为我们提供了提出新问题的方法。既然知道非人灵长类中哪些区域参与规划，我们就可以设计专门的任务，来理解人类后顶叶皮层中与规划相关的活动。
问：另一个问题涉及从自发思维到行动转变背后的计算。您认为关于这个过程，我们还有什么没理解？
Richard Andersen：我们发现了一种我们称之为“增益场”（gain fields）的现象，它似乎在坐标系之间转换信息时起着重要作用，例如从以眼睛为中心的视觉坐标，转换到引导肢体运动所需的坐标系。这种现象在单细胞层面很难理解，但当我们观察神经元群体时，画面就清晰多了。我很幸运在 Salk 研究所时，Geoffrey Hinton、David Rumelhart 等人刚刚开发了反向传播，所以我们能够用神经网络方法模拟一些后顶叶的转换过程[9]。
当然，还有许多其他有趣的计算问题。你提到其中一个，就是如何从自发思维走到有意计划。有一点一直让我觉得不可思议：即使不知道眼睛当时看向哪里，我们也能解码出个体意图中的身体运动。我们最终发现，其中一些坐标系表征可以根据任务进行切换。换句话说，参考框架本身可以是任务依赖的。
更一般地说，后顶叶皮层似乎在构建身体与外部世界关系的内部表征。它还接收传出副本（efference copies），这可能对状态估计很重要。所以在许多方面，它符合控制理论中关于大脑如何跟踪身体状态，并利用该信息引导行动的观点。
“后顶叶皮层似乎构建了身体与外部世界关系的内部表征。”
最近，我们开始对类镜像神经元选择性感兴趣。我们既看到了感觉层面的镜像（即你表征另一个人正在感受什么），也看到了与观察他人运动相关的更经典反应。但我们也开始注意到别的东西。后顶叶皮层似乎在表征身体之外的世界，并映射环境中正在发生的事情。这促使我们与 Nancy Kanwisher 和 Josh Tenenbaum 合作。他们提出了关于“物理推理引擎”的想法，而我们正在发现证据，表明我们记录的那些相同区域，也表征外部世界中物体之间的相互作用。正在浮现的图景是，这些区域不仅映射身体，也映射周围环境。在此基础上，它们帮助产生最终可以转化为行动的决策、想法和意图。
问：您的工作强调后顶叶皮层中存在稳定的意图信号，而其他团队强调神经动力学和状态空间轨迹。您认为这些观点如何融合在一起？
Richard Andersen：我们的很多研究可以说是在研究表征，即内部模型、调谐曲线、躯体定位等。不过，动力系统分析在观察神经元群体如何实时演化方面也很有价值。
对于意图，我们专门设计实验来研究稳定意图。我们使用延迟反应范式：先呈现一个目标，然后将其移除。此时人（或动物）已经没有东西可看，但他们仍在继续计划运动，直到收到执行信号。当然，自然运动发生得要快得多。最近，我们开始研究动力学在后顶叶皮层中的作用。我们使用动态建模来比较后顶叶皮层和运动皮层的活动。
在运动皮层中，运动的启动阶段与 Krishna Shenoy、Mark Churchland 及其同事在猴子身上发现的情况看起来非常相似[13]。运动起始时有一段短暂的旋转动力学。他们的假设是，一旦初始条件设定，系统就自主演化。有趣的是，我们现在可以在人类中检验这一点。在猴子中，运动通常是弹道式的，所以神经活动类似于与肌肉控制密切相关的信号，这是合理的。
然而在我们的人类研究中，参与者也可以执行较慢的连续追踪任务。在这种情况下，我们依然能看到运动起始时的短暂旋转动力学，但随后会转变为更稳定的活动模式。使用切换动态模型，我们表明似乎至少涉及两种不同的动态状态。一种是运动起始相关的短暂旋转动力学；另一种是在持续行为中保持的更稳定模式。运动皮层接收外部输入（可能来自后顶叶皮层）和感觉反馈。后顶叶活动似乎相对稳定且具有表征性，而运动皮层动力学更短暂，并不断被输入信息塑造。
问：您是否觉得神经科学正在从对神经活动越来越详细的描述，走向对认知的机制性解释？
Richard Andersen：目前，神经科学领域正在涌现两大核心主题：一是我前面提到的“混合选择性”，二是“组合编码”。在后顶叶皮层中，许多神经元表征不同效应器（如眼、手）和动作的组合。
例如，与眼动计划相关的信号可以在单个神经元的活动中与伸手计划结合。但当你观察神经元群体的活动时，就好像大脑在使用一组积木，可以组合起来生成更复杂的行为。从这个意义上说，它不完全像语言——语言中有限的一组元素可以重新组合，产生海量的表达。
我们在观察实验中看到了类似的现象。神经活动似乎由代表自我与他人、不同动作类型或不同身体部位等成分构建。这些元素可以根据情境以不同方式组合。这些发现表明，认知和行动由基本神经成分构建，这一想法现在正被几个团队探索。
问：您的工作表明，意图和内部言语可以从脑活动中解码。随着这些技术变得更强大，有意义的认知自由看起来是什么样的？谁应该来决定界限在哪里？
Richard Andersen：伦理考量将变得越来越重要。目前，这项研究大多仍集中在医学应用，而不是人类增强或更广泛的隐私问题。几年前，我们在 Nature Human Behaviour 上发表了一项研究，描述了对内部言语的解码[15]。准确地说，那并非一般意义上的“读心术”，而是解码人们在内心自言自语时产生的内部言语。在那种情况下，伦理问题不太大，因为参与者执行的是一项结构化任务，我们明确要求他们在大脑中默念特定词语。斯坦福团队从运动前皮层报告了类似发现，参与者在任务中参与了更自发形式的内部言语[16]。
这可能确实会引发隐私担忧。不过，我相对乐观的一个原因是，这些信号似乎强烈依赖于任务参与度。在我们的案例中，如果参与者干脆不配合执行任务，信号就基本消失了。我相信斯坦福团队也发现，内部言语和出声言语在很大程度上占据相同的神经子空间，两者之间只有细微差异。这表明，人们或许能够对可被解码的内容施加一些控制。所以，虽然神经解码引发了关于心理隐私的合理问题，但也有证据表明，个体可能能够对其内部对话——以及因此可被解码的内容——施加相当程度的控制。
问：如果您可以为未来十年的系统神经科学定义一个宏大挑战，那会是什么？关于思想如何变成行动，最重要的未解问题是什么？
Richard Andersen：嗯，正如你所说，那确实会是一个宏大挑战。我们已经能够解码言语，这是认知相对高级的一个方面。同时，我们在后顶叶皮层中发现了越来越多的语义表征证据，这也许并不太令人惊讶。要理解语言如何与语义相互作用、我们如何获得关于世界的知识，以及这些知识又如何反过来塑造语言，我认为这将是未来几年的一个主要研究领域。
问：您指导过许多后来成为该领域领导者的科学家。您认为是什么品质让一位科学家从优秀走向伟大？
Richard Andersen：这问题有点让我犯难。我恐怕得回想一下我当年写的推荐信了！我很幸运，有许多杰出的学生和受训者后来成为了该领域的领导者。在我们这个领域，扎实的定量背景当然很重要，这是工作的性质决定的。除此之外，我认为雄心也很重要，要有真正投入的热情。我在另一个方面也很幸运，那就是科研环境。我经常告诉学生：我周围都是特别有才华的人。Caltech、MIT、Stanford、Harvard 等顶尖学府吸引了优秀的学生。很多功劳不仅属于导师，也属于学生和他们共同建立的实验室文化。
问：展望十年后，什么结果会让您相信脑机接口领域真正成功了？
Richard Andersen：现在，我们实验室和许多其他实验室都能在研究环境中做出非凡的成果。挑战在于如何把这些演示转化为在日常生活中真正有用的产品。我认为不存在重大的理论障碍，只有工程和实践上的障碍。我们需要侵入性更小的植入物，这样人们才更愿意接受，也更容易部署。一个很好的参考模型是人工耳蜗。如果有人瘫痪了，他们应该能够像如今的听障患者常规接受人工耳蜗植入一样，常规地接受神经植入物。
我认为我们还会看到在神经精神疾病领域的应用不断增长。这是一个功能性超声等技术可能特别有价值的领域，因为它们或许能够追踪变化较慢的神经状态，并提供可在临床上使用的刺激形式。功能性超声的缺点和 fMRI 一样，在于速度。我密切合作的一位同事、Caltech 的 Mikhail Shapiro，抽出时间共同创办了一家名为 Merge 的公司，研究声遗传学[17]，它类似于光遗传学。其想法是通过基因修饰让细胞对超声敏感，从而可能实现更快的刺激和记录。当然，主要挑战是这需要把病毒载体递送到人类皮层。尽管如此，我认为这对脑机接口来说是一个非常有趣的新技术方向。
我希望在未来十年内，这些技术变得足够实用，能够成为神经系统疾病患者常规使用的手段。对我来说，那将是该领域成功的最清晰标志。
采访：Henrietta Howells
来源：Nature Neuroscience，2026年10月
DOI：https://doi.org/10.1038/s41593-026-02453-3
翻译整理：王猛
运营：罗卜
参考文献
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