新图谱改写大脑决策认知理论

参考消息网9月25日报道 据西班牙《趣味》月刊网站9月4日报道，决策一直是科学中一个引人入胜的主题。弄清楚一组神经元如何通过仅持续几毫秒的电信号转化为具体行动，一直是世界各地神经科学家孜孜不倦的课题。根据最近在英国《自然》周刊上发表的两篇研究论文，我们现在知道，大脑并非像一条线性链条那样运作，即信息从一端输入，决策从另一端输出。结果显示，几乎整个大脑都参与了决策过程，而不仅仅是先前认为的少数几个“专门”区域。

这一发现意义重大。国际大脑实验室(IBL)成功地在标准化条件下记录了小鼠超过60万个脑细胞的活动，这是前所未有的成就。用论文作者们自己的话说，这项大规模合作努力旨在建立一个转折点：“该图谱提供了一个全脑视角，展示了先验信息在细胞层面是如何被表征的。”通过这类项目，神经科学进入了一个新阶段，其影响堪比人类基因组计划对生物学的冲击。

IBL汇集了分布在欧美的12个实验室，并协调了实验方案、分析和行为任务。其结果是一个无与伦比规模的数据库：使用699个Neuropixels探针在139只小鼠身上记录了621733个神经元。从未有单个实验达到如此广泛的覆盖水平。

这项合作克服了一个历史性问题。在先前的研究中，每个小组使用不同的任务分析大脑的不同区域，这导致难以得出普遍结论。而这项新研究的标准化确保了所有数据都是可比较和可复制的，这是改变我们理解大脑方式的基本条件。正如该项目协调员之一马泰奥·卡兰迪尼总结的那样：“我们过去的研究方式存在问题。”

这不仅仅是数据量的问题。研究人员设计了一个简单、可重复且具有强烈决策成分的任务：小鼠必须根据视觉刺激的出现，将轮子向左或向右转动。这个看似简单的范式，使得分析感知、记忆和期望如何在决策中结合成为可能。

最相关的发现之一与先验信息的使用有关。小鼠们了解到，刺激出现的概率在试验组块之间会发生变化，这使得它们即使在刺激微弱或不存在时也能预测结果。

研究人员发现，在记录的大脑区域中，有20%到30%的区域显著编码了这种先验信息。这不仅发生在高级区域，如眶额皮层或前扣带皮层，也发生在早期感觉区域，如初级视觉皮层。这对将预期整合仅限于“高级”区域的传统观点提出了质疑。

用作者们的话说，“小鼠估计了这种先验概率，并以此提高了其决策的准确性”。也就是说，大脑并非被动等待接收感觉信号，而是根据即时经验不断调整其预测。

数据显示，决策的表征并不局限于少数前额叶区域。相反，从丘脑到小脑，几乎整个大脑都检测到了与选择和行动相关的活动。

这在视觉刺激极其微弱的试验中表现得尤为明显。在这些条件下，小鼠几乎必须完全依赖自己的预期。“已决定”的信号广泛出现在运动、感觉和联合区域。正如研究人员总结的那样：“我们在比想象中多得多的大脑区域中发现了决策信号和与先验信息相关的信号。”

因此，大脑作为一个分布式网络而非一系列孤立模块运作的观点获得了新的实验支持。决策是整个神经系统几乎全部部分交互作用下涌现的现象，而非少数皮层区域独有的属性。

技术飞跃也是核心。Neuropixels探针允许同时记录多达1000个神经元，这是以往的技术无法实现的。此外，大规模钙成像技术的应用也为这项技术锦上添花，能够同时捕捉皮层中数千个神经元的活动。

挑战不仅在于测量，还在于组织和分析。因此，数据被整合到一个共同的参考框架艾伦(小鼠大脑)通用坐标框架内，该框架允许将每个神经元映射到其在大脑内的精确位置。这样，国际科学界可以访问和使用这些结果。

这些结果促使我们重新思考如何理解大脑。经典教科书描述了一个相对线性的信息流：首先是视觉皮层，然后是联合区域，最后是运动区域。新图谱表明现实要复杂和交织得多。

另一方面，不同区域之间存在反馈循环，这表明大脑更像一个概率推理网络，而不是一个顺序步骤的机器。这符合“贝叶斯大脑”理论，该理论认为大脑不断评估概率并据此调整决策。（编译/韩超）