2026年4月17日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心毛盾研究组在线发表了题为《Divergent neural representations of space and task between physical and virtual navigation in macaques》的研究论文。该论文由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心毛盾研究组发表。研究通过直接对比猕猴在真实世界与虚拟现实环境中执行相似空间记忆任务时的神经活动，发现尽管行为表现接近，但海马与眶额皮层在虚拟环境中的空间与任务表征发生了显著变化，揭示了身体自身运动与多感觉整合对高级认知功能的重要影响。相关论文发表在Nature Communications。

长期以来，虚拟现实技术凭借其高度的实验可控性，已成为研究空间导航与认知功能的重要工具。然而，在虚拟环境中导航时，个体往往缺失了真实世界中至关重要的多感觉信息联合输入（如前庭输入、本体感觉）以及与物理环境直接互动的具身体验。对于视觉系统高度发达的灵长类动物而言，这种感官输入的不完整性是否会影响大脑构建空间与任务的内在模型，此前缺乏直接的神经证据。

为探究这一问题，研究团队设计了一套双环境对照实验，训练猕猴在虚拟场景（基于球幕、头部固定、摇杆操控）和真实旷场（自由移动）两种模式下执行相似的空间记忆任务（图1）。利用自研的高通量电极系统，同步采集了猕猴海马与眶额皮层的神经元活动；使用无线双眼追踪和运动捕捉系统，采集了眼动及运动轨迹等高维行为数据。

图1：实验环境与范式示意图

结果表明，在真实环境中，海马和眶额皮层中对位置、空间视野及注视方向等世界中心空间变量有调谐的神经元比例显著高于虚拟环境。此外，海马在真实环境中的混合编码（同时编码多种空间变量）神经元比例上升，而眶额皮层则呈现相反趋势，体现了脑区对环境变化的特异性响应。通过追踪同一批神经元在两种环境中的活动，研究发现仅有10%的神经元在两种环境下均保持空间选择性。超过30%的神经元仅在真实环境中表现出空间调谐，而在虚拟环境中这一比例小于10%（图2）。神经元个体从虚拟到真实环境的空间选择性改变呈现多样化趋势，包括获得、丧失或转换编码变量，暗示着虚拟环境中的神经编码模式难以直接推广至真实世界。

图2：同一神经元在虚拟与真实环境中的空间选择性发生大幅改变

在任务表征层面，海马和眶额皮层神经元群体在真实环境中展现出更强的跨任务区块泛化能力：当隐藏目标位置改变时，神经元群体对任务进程的编码在真实环境中更为稳定和可预测。而在虚拟环境中，这种泛化能力显著减弱。进一步分析表明，两个脑区的神经元群体对不同任务阶段的表征，在虚拟和真实环境之间呈现出正交化的特性（图3）。这些结果表明，大脑在处理相同抽象任务结构时，会因环境物理属性的不同而启用截然不同的神经群体编码模式。

图3：眶额皮层和海马群体神经元活动对两种环境下任务阶段的正交化表征

该工作在非人灵长类模型中系统探究了虚拟与真实导航场景下海马和眶额皮层的神经表征差异。结果表明，即使在任务范式和视觉信息相似的条件下，缺失身体运动信息与多感觉整合输入仍会导致高级认知脑区对空间构建与任务编码产生本质性的改变。这一发现提醒我们，将虚拟现实中的神经科学研究结论外推至自然行为时需保持审慎。同时也强调了在自由活动状态下开展认知神经科学研究的重要性：唯有在大脑、身体与环境三者有机互动的自然情境下，我们才能更完整地揭示灵长类具身认知的神经基础。未来值得探讨的问题包括：长期虚拟体验是否能够缩小这种表征鸿沟？跨环境迁移学习的神经机制是什么？

该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心博士研究生闫文馨、黄妍及实验师曹烜梓在毛盾研究员的指导下完成。该研究获得科技部、国家自然科学基金委、中国科学院及脑认知与类脑智能全国重点实验室的经费资助。