北京师范大学柳昀哲课题组在《细胞》发文：揭示内嗅皮层—类网格编码发育支撑抽象推理能力跃迁的神经机制

3月25日，北京师范大学心理学部认知神经科学与学习国家重点实验室柳昀哲课题组在《细胞》（Cell）在线发表研究论文“Development of Non-Spatial Grid-Like Neural Codes Tracks Inference and Intelligence”。本研究采集了8至25岁被试的发展神经影像数据，结合开创的认知地图范式，系统揭示了基于认知地图的神经编码如何随着年龄发展，支撑抽象知识结构的形成，并促进推理能力与知识同化能力的提升。

认知能力的发育并非仅表现为知识量的增加，更体现为信息组织方式从零散走向结构化的转变。发展心理学家皮亚杰提出，儿童会随着发育逐步建立起能够支持推理与知识同化的结构化“图式”。然而，图式所对应的神经机制至今仍不清楚。内嗅皮层（EC）中的网格细胞通过六边形周期性放电实现空间定位，而这一编码机制也可推广至非空间的抽象概念域。本研究由此探究：网格系统是否同样支撑抽象知识图式的发育，并驱动推理能力从儿童期向成年期跃迁？

为探究上述问题，本研究设计了一套“知识地图”任务。在学习阶段，参与者逐步学习25个虚构角色在“攻击力”和“防御力”两个维度上的相邻关系，但始终不知道这些角色实际上构成了一张5×5的二维结构图。在随后的fMRI扫描阶段，参与者需要回答数百道此前从未直接见过的推理题，每道题都要求同时整合两个维度的信息。任务完成后，研究者又引入新角色，测试参与者将其快速整合进已有知识框架的能力。行为结果显示，年龄与推理正确率显著正相关，且这一关系不受记忆差异影响；新知识同化能力也随年龄显著提升（图1）。

图1：实验设计及参与者在二维知识地图任务中的推理能力随年龄增长而提升

在神经机制层面，研究者在内嗅皮层（EC）中检测到显著的类网格编码，其神经活动会随推理轨迹方向呈现六重周期性调制。EC类网格编码强度随年龄增长而增强，且与推理表现正相关。进一步中介分析显示，EC类网格编码的增强显著中介了年龄对推理能力的促进作用（图2）。内侧前额叶皮层（mPFC）在推理过程中编码对象间的概念空间距离，且这种“距离编码”随年龄增长而增强。当推理轨迹方向与EC估计的网格朝向“对齐”时，mPFC的距离编码显著更强；未对齐时则减弱（图3）。

图2：内嗅皮层类网格编码如何随年龄增长而增强，并支撑二维知识地图中的推理能力提升

图3：内嗅皮层类网格编码逐渐成熟，支撑内侧前额叶皮层对对象间远近关系的编码发展

在知识同化阶段，EC类网格编码的对齐程度能够预测非局部推理表现，表明图式表征的一致性有助于新知识同化。mPFC的距离编码在新知识同化测试任务中与年龄及推理表现均呈正相关，揭示了mPFC在知识同化中的发展性贡献（图4、5）。进一步分析显示，8岁儿童无法完成需要整合两个维度冲突信息的推理题，而类网格编码较强的参与者随年龄增长在这类冲突性推理题上的提升更为明显，揭示了EC类网格编码驱动推理策略由启发式向结构化转变的发育机制（图6）。典型相关分析进一步表明，EC类网格编码与mPFC距离编码可显著预测标准流体智力测验（瑞文推理测验）成绩（图7）。

图4：内嗅皮层类网格编码越一致，越能促进新知识地图上的非局部推理（即对未直接相邻对象的间接推理）

图5：内侧前额叶皮层对对象间远近关系的编码随年龄增长而增强，并选择性支撑非局部推理

图6：类网格编码越成熟，参与者在线索一致与线索冲突两类推理中的表现差距越小

图7：支撑认知地图的神经机制随发育成熟，并与智力水平相关

综上，本研究表明，EC类网格编码的发育成熟与推理能力及知识同化能力的提升密切相关；mPFC的发展则进一步支持对象间关系距离的编码，促进新旧知识的复杂整合。这一认知地图神经表征的发育轨迹与一般智力水平紧密相关，为理解“认知地图表征的成熟如何驱动抽象知识结构的发展并支撑灵活推理”提供了跨层次的机制解释。目前，实验室正持续推进两条交叉研究线路：一是结合AI技术，对儿童高级认知能力的发展轨迹开展纵向追踪，推动脑科学与AI赋能教育；二是以人类探索、归因与规划等高级认知能力的发展规律为基础，为具备真正主动探索与泛化能力的AI智能体研究提供认知计算基础。

北京师范大学心理学部博士生瞿宇堃为该论文第一作者，教授柳昀哲为通讯作者。心理学部教授罗跃嘉的团队也作出了重要贡献。该研究得到国家科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、国家社会科学基金重大项目、深港脑科学创新研究院及中央高校基本科研业务费的资助。

原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00266-7