複雜行為期間的全腦神經活動圖

繪製大腦交響曲：揭示複雜行為中的神經活動。 想像一下，當大腦精心編排著感覺、決策和行動的複雜舞蹈時，你能夠一窺其中。這項突破性的研究使我們比以往任何時候都更接近這一願景，呈現出一幅前所未有的神經活動地圖，該地圖在複雜的決策任務中幾乎橫跨整個小鼠大腦。 神經科學的挑戰一直是了解數百個相互連接的區域如何處理感官資訊、編織過去的經驗，並最終引導行為。傳統上，研究工作一直是分散的，不同的實驗室研究不同的大腦區域，每個實驗室都使用自己的方法。這種新方法將該領域統一起來，匯集了 12 個實驗室的數據，這些實驗室都對小鼠進行了相同的高要求任務訓練，動物必須觀察、決定和行動。 這項研究的規模驚人：從 139 隻小鼠身上記錄了超過 60 萬個神經元，探針採樣了 279 個不同的大腦區域。這些老鼠面臨著一個視覺挑戰：檢測螢幕上的刺激，並用爪子轉動輪子，表示他們的決定。該任務的設計不僅是為了探測感官和運動能力，還為了測試小鼠如何使用期望並適應不斷變化的概率。 當老鼠做出選擇時，探針捕捉到了大腦的電流交響曲。視覺資訊首先在經典視覺區域引發活動，但訊號迅速向外波動，涉及中腦和後腦區域。這些區域不僅處理老鼠看到的東西，還深入參與權衡選擇和準備行動。 最驚人的發現之一是與運動相關的訊號無所不在。無論老鼠是準備轉動輪子還是真的在移動，大腦中幾乎所有地方都會出現即將採取行動的神經迴響。反饋也會引起廣泛的反應，無論是獎勵還是暫停。例如，舔舐以獲得獎勵的行為會引發協調的振盪，暗示在滿足的時刻大腦狀態會發生變化。 但是大腦的表現並不一致。例如，視覺刺激在傳統的視覺區域中被最強大、最快速地編碼，然後在與決策相關的區域中更加漸進和廣泛地編碼。同時，選擇信號不僅出現在額葉和頂葉區域，而且出現在視丘、中腦、後腦甚至小腦中，這表明做出決定不僅僅是單一區域的範疇，更多的是集體的活動。 令人驚訝的是，即使在與任務不相關的區域（例如聽覺皮質和床狀回），神經活動有時也會反映感官、選擇或運動變數，尤其是在更具挑戰性或更慢的試驗中。這種分散的動態編碼模糊了專門和通用大腦區域之間的界線。 為了解讀這些模式，研究人員使用了先進的分析方法，從神經活動中預測行為變數，解析單一細胞的貢獻，並在決策展開時追蹤全體受試者的軌跡。結果是一張多維地圖，捕捉到資訊流動及其在大腦中移動時的轉變。 這個大規模的資料集現在可供科學界免費使用，為了解大腦如何整合感覺、期望、行動和獎勵開闢了新的前景。這使我們重新思考「局部功能」模型的簡單性，揭示了大腦中的運算是分散、靈活的，並且與內部狀態和外部世界深深交織在一起。完全解開大腦密碼的旅程仍在繼續，但有了這張地圖，探索者們比以往任何時候都更有能力揭開其神秘面紗。