日常生活中的学习与学校里的学习通常有很大区别。例如，看短视频，浏览公众号时，不同信息来源的内容之间并没有内在关联；相反，这些信息大都是无序、零散和片段的。那么，我们在尝试学习这些无序知识的时候，大脑是否能够从这些碎片化信息中重构出有序的知识结构？其动态过程如何，以及是否有认知代价？
近日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室、IDG/麦戈文脑科学研究院卢春明课题组在《Communications Biology》在线发表了题为“Neural dynamics of reconstructing knowledge structure from temporally disordered inputs”的研究论文。研究结合动态认知评估、大语言模型以及功能磁共振成像（fMRI）技术，解析了学习者在学习无序视频知识时的动态重构过程，发现了后扣带皮层（posterior cingulate cortex, PCC）和楔前叶（precuneus, Prec）在知识重构不同阶段的动态分工以及重构带来的认知代价。
研究以一段约12分钟的物理课程作为学习材料，设置了三种学习条件：在良好结构条件下，学习内容按照原本的逻辑顺序呈现；在无序条件下，相同的有意义内容以随机排列的顺序呈现，需要学习者自行发现事件之间的关系；研究还设置了一个在词语层面打乱、缺乏完整语义结构的控制条件。在学习过程中，学习者每接收到新的知识点，都需要判断它与此前知识点之间在内容上的结构关系，并可以在随后阶段不断修改之前的判断，直到学习结束。通过这种方式，能够连续追踪学习者内部知识结构的动态变化。
图1. 实验设计。研究设置有序、无序和无结构三种学习条件，并结合动态知识结构评定与fMRI实验，追踪知识重构的行为过程及其神经机制。
结果发现，当知识按照正常逻辑顺序呈现时，学习者很快便形成了与专家结构相近的内部知识组织；而当相同的信息以无序方式出现时，知识结构的形成明显滞后。学习者并不会随着每一条新信息的进入立即建立完整知识结构，而是需要经历一段信息积累。在学习的中间阶段（约20个知识点后），学习者出现了一个明显的知识重构窗口，开始更大幅度地修改此前的判断，并在随后形成与专家评估的完整知识结构相一致的内部表征模型。这一结果表明，面对无序信息，学习者仍能够重新解释和组织信心；知识的形成并不是简单的累加，而是一个持续更新和重构涌现的过程。
图2. 知识结构的动态重构过程。与有序条件相比，无序条件下的知识结构形成有延迟，并在学习中段出现明显的重构窗口。
那么，这一知识重构过程在大脑中是如何实现的？通过动态表征相似性分析发现，在学习无序知识时，PCC动态追踪学习者不断调整的知识结构表征，并在21个知识点的重构窗口出现表征强度的显著增强；相反，Prec只在学习后期、知识结构逐渐稳定后，表征强度才显著增强。并且，PCC和Prec之间存在显著的功能连接。这些发现提示，虽然PCC和Prec同属于大脑皮层的快速学习系统（Feng et al., 2025, Advanced Science. http://brain.bnu.edu.cn//kyjz/7fafa71483744667be7eff19249a8561.htm），但是呈现出一定的动态分工：PCC更多对应知识结构的重构，而Prec更多参与重构后知识结构的保持。
图3. PCC和Prec对专家知识结构的不同表征。
图4. PCC和Prec在知识重构过程中的动态分工。
研究进一步发现，在无序条件下，即使测量的学习成绩与有序条件下并没而有显著区别，但是却在24小时候显著下降。PCC与Prec之间的功能连接也只能显著预测学习者的即使学习效果，与24小时后的延迟测试成绩并不相关，表明虽然人脑能够从无序信息中进行知识的重构，但是仍然可能给长期记忆保持带来挑战。
这些发现将以往对学习和记忆的结果描述推进到动态过程解析，不仅深入回答了大脑后部皮层功能环路参与在线学习的核心作用与动态分工，提示了人脑在短视频提供的无序信息中的强大重构能力，也提示了无序信息学习给人脑长期记忆保持带来的挑战。
研究团队及项目介绍
论文第一作者为博士生徐昕然，科研助理何香瑜、已毕业周思远博士、冯小丹博士也对本研究做出重要贡献，通讯作者为卢春明教授。本研究得到国家自然科学基金重大项目（62293550, 62293551）的支持。
文章信息
Xu X, He X, Zhou S,Feng X, Lu C. (2026) Neural dynamics of reconstructing knowledge structure from temporally disordered inputs. Commun Biol.
文章链接
https://doi.org/10.1038/s42003-026-11098-8
