人类大脑中视觉类别的基础是什么？虽然婴儿注视行为可以描述外显分类能力的发展过程，但无法测量神经表征或区分其潜在机制。为此，我们需要获取婴幼儿的丰富神经影像数据，并具备应用先进视觉计算模型的能力。

2026年2月2日，Nature Neuroscience（IF=20）上发表了题为“Infants have rich visual categories in ventrotemporal cortex at 2 months of age”的文章。研究对100余名2月龄婴儿开展了清醒状态下的功能性磁共振成像（fMRI）研究，并在9月龄时进行随访，结果发现：早在2月龄时，高级视觉皮层就已存在类别结构，而其出现时间早于外侧视觉皮层，这表明类别表征的发展具有非层级性特征。与婴儿表征几何结构相契合的深度神经网络模型显示，构成婴儿类别模板的特征具有复杂度跨度范围，并可从视觉输入的统计特征中习得。研究结果揭示了2月龄婴儿腹侧视觉皮层已存在复杂功能，并描绘了类别知觉的早期发展过程。

婴儿必须在出生后第一年为认知能力奠定基础，其中视觉识别是一项重要的发展挑战。在这一时期，人类学会识别所见到的事物，并将其组织成有意义的类别，这些类别后来与语言相融合。尽管对成人视觉加工的理解已取得显著进展，但其发展轨迹仍不清晰。为刻画发展机制，研究将沿腹侧视觉通路的纵向功能磁共振成像测量结果与视觉计算模型相关联。深度神经网络（DNN）作为复杂特征检测器，通过学习视觉输入中的统计规律，在其层级化层中编码日益复杂的多维特征范围——这与成人视觉皮层相似。其中，采用表征相似性分析（RSA）取得了重要进展，该方法通过比较大脑和深度神经网络对多样刺激的分布编码，来刻画各视觉区域所编码的特征。

图1视觉表征的发展过程

研究通过对2月龄和9月龄婴儿进行纵向功能磁共振成像扫描，并结合深度神经网络模型，揭示了人类视觉类别表征的早期发展规律。研究发现，早在2月龄时，婴儿的腹侧视觉通路中就已存在类别相关的神经表征，且这些表征涵盖了从知觉特征到语义类别的多种复杂度层级，而非简单地从低级向高级逐步发展。此外，高级视觉皮层的类别结构早于外侧视觉皮层出现，表明视觉类别的形成并非遵循简单的自下而上的层级路径。整体而言，婴儿视觉系统在出生后第一年展现出与成人相似的几何表征结构，并在此过程中持续精细调整，为理解人类视觉认知的早期发展提供了关键的神经证据。

图2 从婴儿期到成年期的视觉表征

图3 知觉和语义特征表征的发展

婴儿从2月龄起就已具备类别表征，但它们是否编码了成人体内腹侧视觉通路中存在的组织原则（如生命性和真实世界大小）呢？研究人员发现，从2月龄起，腹侧视觉皮层中就存在生命性区分，其程度与类别表征相似。然而，这一区分随年龄和经验的增长而精细化。真实世界大小的表征较弱，但遵循相似的发展轨迹。研究发现，基本层级类别在2月龄时已存在于腹侧通路中，并伴随有以生命性和真实世界大小为基础的初步组织模板。这种全局组织在出生后第一年的后半段进一步分化，并随之在注视行为中变得明显。

图4 在生命的第一年，通过腹部流出现了由有生命力进行的全球组织

与成人形成鲜明对比的是，婴儿组的外侧枕叶皮层（LO）的RSM未显示出类别或生命性组织的证据，尽管该区域在成人中对完整物体与打乱物体具有选择性。研究人员推测这可能是由于某些区域特异性磁共振成像测量噪声所致。另一种可能是，如果婴儿LO区对刺激间的差异不敏感，也会导致RSM信号不可靠。为区分这些潜在原因，研究利用区域BOLD时间序列的时间信噪比评估了测量噪声。LO区与早期视觉皮层（EVC）的时间信噪比相近，表明数据质量相似。此外，方差分解分析显示EVC、腹侧视觉皮层（VVC）和LO区具有相似的发展轨迹。因此，研究将婴儿LO区的结果解释为对视觉差异的真正缺乏响应。特征复杂度在LO区的发展转变并非前部VVC中类别表征存在的必要条件，这与视觉发展的自下而上模型相悖。

图5 外侧对象选择皮层成熟延迟

此外，研究在婴儿视觉表征中发现了高级特征的存在，这些特征由类别内与类别间的区分所定义。然而，类别表征可能受到多种视觉特征的塑造，并在特征空间中具有潜在的复杂多维调整。深度神经网络在从视觉输入的统计规律中捕捉这些复杂特征流形方面展现了巨大成功，其所学习的物体表征既能有效用于识别，又与成人的视觉皮层相关。在此，研究人员检验了基于深度学习的视觉识别模型是否能够捕捉婴儿的神经响应。利用fMRI实验中的36张图像，通过测试训练过程的两个极端阶段——未训练和完全训练，计算了一组采用AlexNet架构的模型激活值。未训练神经网络的架构本身即可为捕捉物体相关信息提供充分的归纳偏置，但通过视觉输入对模型进行网络权重的训练，能为表征学习带来重要优势。通过检验与这两个阶段模型的对应关系，可以厘清那些可从视觉经验统计规律中学习的特征在解释大脑表征方面所发挥的作用。

图 6 DNN 对从婴儿期到成年期的视觉表征进行建模

研究结果表明，高级视觉特征在2月龄时已存在于整个腹侧通路中，而低级与高级区域之间的功能区分在整个发育过程中不断精细化。2月龄婴儿大脑中的早期视觉区域所表征的特征涵盖了多种复杂度，这些特征可由知觉和类别图像特征以及多个神经网络层所捕捉。在较年长年龄组中，早期视觉皮层的表征逐渐特化为低级视觉特征。在腹侧视觉皮层，2月龄时已存在多种特征的表征，并偏向于类别特征。随着年龄和经验增长，这些高级响应在腹侧视觉皮层中逐渐呈现功能上的区分，特别是在有生命性这一全局组织维度上。深度神经网络层所捕捉的复杂特征对早期视觉表征的影响随着年龄增长而减弱。外侧枕叶皮层作为中级加工区域，其发育进程相较于其他物体选择性区域更为延后。因此，研究未发现沿视觉加工层级存在从简单到复杂特征的自下而上转变的证据。相反，高级特征表征从2月龄起就已存在于腹侧通路中，并随年龄和经验不断精细调谐。从内侧向外侧视觉区域的成熟过程来看，研究s发现位于腹侧视觉皮层后部的物体选择性区域——外侧枕叶皮层——发育较为滞后，这表明参与物体知觉的视觉区域呈现出非层级性的发展模式。

图 7 沿着腹侧流的特征复杂性的发育级联

本研究通过对2月龄和9月龄婴儿进行清醒功能磁共振成像纵向扫描，并结合深度神经网络模型，揭示了人类视觉类别表征在生命第一年的发展规律。研究发现，早在2月龄时，婴儿腹侧视觉通路中就已存在类别和生命性等高级视觉表征，且这种结构出现的时间早于外侧视觉皮层，表明视觉类别的形成并非遵循传统的自下而上层级路径，而是呈现出非层级性的发育模式。随着年龄和经验的增长，视觉表征逐步精细化，而非从简单到复杂的阶段性转变。此外，婴儿的腹侧视觉表征与训练完全的深度神经网络高度匹配，提示足以支持分类的复杂特征在视觉经验极为有限的情况下已初步建立。该研究挑战了经典的视觉层级发育理论，强调了先天神经结构与后天经验交互作用在早期认知发展中的重要性，并为利用计算模型探究发育中的大脑学习机制提供了新范式

参考文献

O'Doherty, C., Ellis, C. T., Yates, T. S., Skalaban, L., Chan, I., Lin, Y., & Turk-Browne, N. B. (2026). Infants have rich visual categories in ventrotemporal cortex at 2 months of age.Nature Neuroscience, 29(3), 693–702.

资讯来源

https://www.nature.com/articles/s41593-025-02187-8

编译：李孜怡

审核：富柄淇