复杂行为中的全脑神经活动图

绘制大脑交响图：揭示复杂行为中的神经活动。 想象一下，当大脑精心编排着感觉、决策和行动的复杂舞蹈时，你能够一窥其中的奥秘。这项突破性的研究使我们比以往任何时候都更接近这一愿景，呈现出一幅前所未有的神经活动图，该图在复杂的决策任务中几乎覆盖了整个小鼠大脑。 神经科学的挑战一直是了解数百个相互关联的区域如何处理感官信息，编织过去的经验，并最终指导行为。传统上，研究工作一直是分散的——不同的实验室研究不同的大脑区域，每个实验室都使用自己的方法。这种新方法将该领域统一起来，汇集了12个实验室的数据，这些实验室都对小鼠进行了相同的苛刻任务的训练，动物必须在其中观察、决定和行动。 这项工作的规模令人惊叹：从139只小鼠中记录了60多万个神经元，探针采样了279个不同的大脑区域。小鼠面临着视觉挑战——检测屏幕上的刺激，并用爪子转动轮子，发出它们的决定信号。这项任务不仅旨在探索感官和运动能力，还旨在测试小鼠如何使用预期并适应不断变化的概率。 当小鼠做出选择时，探针捕捉到了大脑的电交响曲。视觉信息首先在经典视觉区域引发活动，但信号迅速向外扩散，涉及中脑和后脑区域。这些区域不仅处理了小鼠看到的内容，还深入参与了权衡选择和准备行动。 最引人注目的发现之一是与运动相关的信号无处不在。无论小鼠是准备转动轮子还是实际移动，即将采取行动的神经回声几乎在大脑的各个地方回响。反馈也是如此，无论是奖励还是超时，都会引起广泛的反应。例如，舔舐以消耗奖励的行为引发了协调的振荡，暗示在满意的时刻大脑的整体状态发生了变化。 但大脑的表征并不统一。例如，视觉刺激在传统的视觉区域中被最强大、最快速地编码，然后在与决策相关的区域中逐渐更广泛地编码。与此同时，选择信号不仅出现在额叶和顶叶区域，而且出现在丘脑、中脑、后脑甚至小脑中，这表明做出决定不太可能是单个区域的职责，而是集体行为。 令人惊讶的是，即使在与任务不相关的区域（如听觉皮层和床状核），神经活动有时也会反映感官、选择或运动变量，尤其是在更具挑战性或更慢的试验中。这种分布式动态编码模糊了专用和通用大脑区域之间的界限。 为了解码这些模式，研究人员使用了先进的分析方法，从神经活动中预测行为变量，解析单个细胞的贡献，并在决策展开时跟踪全体轨迹。结果是一张多维图，捕捉了信息流及其在大脑中移动时的转换。 这个大规模的数据集现在可以免费提供给科学界，为理解大脑如何整合感觉、期望、行动和奖励开辟了新的前沿。它邀请我们重新思考“局部功能”模型的简单性，揭示了一个计算分布、灵活且与内部状态和外部世界深度交织的大脑。完全解开大脑密码的旅程仍在继续，但有了这张地图，探险家们比以往任何时候都更有能力揭示其奥秘。