“脑腐”有救了？Science论文揭示丘脑‑皮层回路利用过往经验调控感知决策

我们身处瞬息万变的现实世界，大脑感知环境时需要维持一种精妙平衡：既要捕捉源源不断的全新感官信号，又要依托刚刚发生的过往经历做出预判，不用每一次都从零开始解读外界。

发表在Science的一项新研究，这条通路把丘脑枕（小鼠称之为外侧后丘脑 LP）和前扣带回皮层（ACC）联系在一起，丘脑枕负责对比当前感官信号和近期的感官历史，把“信息发生了多大改变”的计算结果传递给负责决策的前扣带回皮层，以此塑造动物接下来的行为选择，该机制也为理解人类感知决策，以及自闭症等神经发育疾病的感官异常提供了全新视角。

“这条回路的核心功能，就是把刚刚发生过的感官事件和当下接收到的外界信号做对比，再把对比结果整理成能够指导行为的神经信号。”本研究资深作者、麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所Mriganka Sur教授如此解释。

这套在小鼠身上得到验证的神经环路，对应人类大脑中同源的脑区网络：人类的丘脑枕（pulvinar）和前扣带回皮层 ACC，同样参与感知与抉择过程。

长久以来丘脑枕被大量研究聚焦于注意力分配、过滤无关视觉信息，而这项新研究拓展了它的功能边界，它不只是处理注意调控，还会专门对比当下和刚刚过去的感官信息，突出环境当中有意义的改变，进而影响大脑是维持原有判断，还是更新自己的决策。

Sur团队此前已经完整测绘过LP‑ACC神经通路的输入连接，相关成果2022年便已发表，当时的研究提示这条通路和注意力调控高度相关。而研究团队进一步思考，注意力调控只是表象，这条高密度连接的环路或许承担更深层的计算任务——它会不会参与基于感官历史的决策调控？

这一猜想成为本次Science工作的出发点。这项发现同样具备临床启发价值，不少自闭症谱系人群会出现感官预测异常：很难忽略重复、熟悉的刺激，对环境微小改变又过度敏感，该环路的功能失调，很可能就是这类感官异常背后的潜在神经基础。

为解析这套环路的实际作用，研究人员设计了随机点运动辨别行为范式，训练小鼠完成视觉判断任务。屏幕上会呈现大量随机运动的光点，一部分光点会统一朝左或者朝右移动，小鼠需要辨别光点的整体运动方向，通过舔舐对应的水口给出自己的选择。

每一轮实验里，光点相干运动的占比可以调节，既可以出现信号很强、绝大多数点同向运动，也可以是信号微弱、只有少部分点朝着同一方向运动。相邻试次之间，光点的运动方向、信号强度可以自由切换，这样就能定量算出|ΔDir|，也就是当前试次和上一试次感官证据之间的差异大小，用来模拟现实世界中环境从高度相似到剧烈改变的连续变化。

在小鼠执行任务的同时，研究人员利用双光子钙成像记录LP投射到ACC的轴突以及ACC本地神经元活动。同时借助光遗传学，人为激活LP‑ACC通路，观察对小鼠决策行为带来的改变。

从行为结果上能够清晰看到，小鼠做选择时并不仅仅依靠眼前这一轮看到的视觉信息，还会参考上一轮任务积累的感官历史。如果上一轮判断正确，当新的视觉线索和上一轮差别很小时，小鼠很大概率会延续上一轮的选择；可如果前后两次的感官信息差异巨大，它就更倾向于改变判断。

可如果上一轮小鼠判断出错，行为模式就会完全反转：线索相似度高时，它倾向于更换选择；线索差异巨大时，反而更愿意延续之前的判断。

这种行为模式，已经超出简单的“赢就坚持、输就切换”的基础策略，是大脑对连续两次感官证据做定量对比之后得到的结果。

但仅仅观测行为，只能说明动物会结合新旧信息做抉择，还无法证明是LP‑ACC环路在完成这套对比运算。

光遗传学扰动实验提供了关键因果证据：在视觉刺激呈现期间单侧激活LP投向ACC的轴突，会让小鼠的决策出现偏向，而这种偏向的强弱，恰好和前后试次感官证据差异|ΔDir|成正相关。

简单来说，新旧信号差别越大，光刺激带来的决策偏移效果就越明显；如果双侧同时激活通路，这种单侧偏向效应又会消失。

对照实验排除了单纯光刺激、初级视觉皮层通路激活带来的干扰，证明LP‑ACC通路并不是简单把视觉信号向上传递，而是实实在在参与到“新旧感官证据对比”这个计算过程，调控大脑如何利用历史信息评估当下的感官输入。

双光子钙成像进一步区分了LP轴突输入与ACC皮层神经元各自承担的分工。LP‑ACC轴突会把视觉刺激编码在一套任务依赖的低维弯曲流形上，同时记录刺激运动方向和信号相干强度；而这套神经表征会受到近期感官历史的调控：当前刺激和上一轮差异越大，神经流形就会发生扩张，放大不同刺激之间的信号区分度，也就是用对比式编码，着重凸显和近期历史不一样的信号。

值得注意的是，LP轴突的编码是以刺激本身为参照；而下游的ACC神经元接收输入之后，会把这套以感官为中心的信号，重新加工转换为以选择、行动为参照的神经表征。丘脑枕并不直接输出最终决定，它更像一个“变化评估顾问”，把“环境改变有多大”的参考信息送给前扣带回皮层；再由ACC整合全部信息，最终判断我们应当维持原有判断，还是更新选择。

这套神经机制很好地解释日常感知逻辑：如果上一轮判断正确，外界环境又没有发生大变化，延续旧的选择是高效省力的；可一旦感官信号出现巨大改变，大脑就应当及时跳出旧的预判，更新自己对世界的解读。

这项研究证明，哺乳动物大脑中存在一条专门的丘脑‑皮层通路专职完成这件事，丘脑枕不再仅仅是传统认知里的“注意力中转站”，它还深度参与高级认知计算，将近期的感官历史嵌入当下感知，帮助生物灵活应对千变万化的外部环境。

同时也提示，后续研究可以进一步探究，当这条环路功能异常时，是否就会造成感官预测失调，为自闭症等神经发育障碍的感官症状提供新的解释角度。

参考资料：

[1]Yi Ning Leow et al, A thalamo-cortical circuit encoding deviations from sensory history, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aeg4720.

来源 | 生物谷

编辑 | 木白