人类对周围世界的感知，是其生存和交互的基础。我们每天都会接触到各种形态的物质，从坚硬的岩石到流动的液体，再到散落的沙粒。大脑是如何高效且精确地区分这些不同物理特性的物质，并为我们的行为决策提供依据的？长期以来，神经科学领域对固体物体的视觉处理机制已有深入研究，但对于液体或颗粒状物质（我们通常称之为“料”）的感知，却鲜有探索。麻省理工学院（MIT）的神经科学家们近期发布的一项开创性研究，首次揭示了大脑视觉皮层中存在专门负责分析“物”（刚性或可变形固体）和“料”（液体或颗粒状物质）的独立区域，为我们理解大脑如何构建物质世界提供了全新的视角。
“物”与“料”：大脑感知的核心区分
想象一个球体沿着楼梯弹跳而下，再想象一股水流沿着同样的楼梯倾泻而下。两者行为迥异，而我们的大脑在处理它们时，似乎也采用了截然不同的策略。传统神经影像学研究，包括麻省理工学院认知神经科学教授南希·坎维舍（Nancy Kanwisher）的早期工作，已经在大脑的腹侧视觉通路中发现了负责识别三维物体形状的区域，例如侧枕复合体（LOC）。同时，大脑背侧视觉通路中的额顶物理网络（FPN）则被认为负责分析物质的物理属性，如质量或稳定性。然而，这些研究大多集中于固体物体，即我们所谓的“物”。
坎维舍教授指出：“此前没有人真正探究过我们如何感知那些被称为‘料’的东西，比如液体、沙子、蜂蜜、水，以及各种黏稠物质。所以我们决定对此进行研究。”她强调，我们与刚性物体（例如拿起或抓住）的互动方式，与处理流体或黏稠物质（通常需要借助工具）的方式截然不同。这种基于互动模式的根本差异，可能正是大脑进化出专门处理机制的原因。
这项研究的首席作者，目前即将加入威斯康星大学麦迪逊分校任教的麻省理工学院博士后维维安·保卢恩（Vivian Paulun）解释说，黏稠物质的行为方式与固体截然不同，它们是流动而非弹跳的，并且与它们的互动通常需要容器和勺子等工具。研究团队因此推测，这些独特的物理特性可能需要大脑划分出专门的区域来解释和处理。
实验设计与发现：视觉皮层的精细划分
为了探究大脑如何处理这些不同类型的物质，保卢恩博士巧妙地运用了专为视觉效果艺术家设计的软件，创建了100多个视频片段。这些视频生动地展示了不同类型的“物”或“料”与物理环境的互动过程：物质在透明盒子中晃动或翻滚，被投掷到另一个物体上，或者沿着一组楼梯弹跳或流动。通过这种方式，研究人员能够精确控制视觉刺激，从而在大脑扫描中捕捉到最细微的神经活动差异。
研究团队随后利用功能性磁共振成像（fMRI）技术，扫描了参与者观看这些视频时的大脑视觉皮层活动。结果令人振奋：他们发现LOC和FPN这两个关键通路，虽然都对“物”和“料”产生反应，但各自拥有独特的子区域，对其中一类物质的反应更为强烈。保卢恩博士指出：“腹侧和背侧视觉通路似乎都存在这种细分，一部分对‘物’的反应更强，另一部分则对‘料’的反应更强。这是前所未有的发现，因为此前从未有人提出过这样的问题。”
这一发现立即引起了学界的广泛关注。德国吉森大学实验心理学教授罗兰·弗莱明（Roland Fleming），尽管未参与此项研究，却将其誉为“在科学理解我们大脑如何表征周围世界物理属性方面的一项重大突破”。弗莱明教授强调：“我们从心理学上早已知道这种区分的存在，但这还是首次将其真正映射到大脑中独立的皮层结构上。现在，我们可以开始研究这些不同大脑区域用于处理和表征物体和物质的不同计算方式。”这为未来更深入地剖析大脑的运作机制奠定了坚实基础。
理论洞察与未来展望：模拟与交互的桥梁
这项研究的发现提供了一个重要的理论洞察：大脑可能以两种截然不同的方式表征这两类物质，这与现代视频游戏图形中使用的“人工物理引擎”不谋而合。在这些引擎中，三维物体通常被表示为网格模型，而流体则被表示为一系列可以重新排列的粒子。保卢恩博士提出一个引人深思的假设：“从这项研究中我们可以得出的有趣假说，可能是大脑，类似于人工智能游戏引擎，为表征和模拟‘料’和‘物’拥有独立的计算方式。这将是未来需要测试的课题。”如果这一假设得到证实，将极大地加深我们对大脑如何进行复杂物理模拟的理解。
此外，研究人员还推测，这些专业化区域的形成，可能旨在帮助大脑理解重要的物质差异，从而有效规划与物理世界的互动策略。例如，当我们准备拿起一个杯子时，大脑会激活与抓握物体相关的回路；而当我们准备倒水时，则会激活与流体处理相关的回路。为了进一步探索这种可能性，研究人员计划深入研究处理刚性物体的区域是否在大脑计划抓握物体时也活跃。这将有助于揭示感知与动作规划之间的紧密联系。
未来的研究方向还包括：探讨FPN中是否有任何区域与更具体的物质特性处理相关，例如液体的粘度或物体的弹性。在LOC中，他们计划研究大脑如何表征流体和可变形物质形状的变化。这些深入的探索将不仅拓宽我们对大脑视觉处理的理解，更可能为人工智能领域在创建更智能、更具交互性的机器人和虚拟环境方面提供关键的神经科学启示。这项研究由德国研究基金会、美国国立卫生研究院以及美国国家科学基金会资助大脑、心灵和机器中心共同支持，其成果无疑将引领神经科学迈向一个更加精细和实用的新阶段。
