大脑如何整合「眼观六路+耳听八方」？Nature揭示大脑从感觉输入到实际行动的转化过程

如今，神经科学家们已经揭示了感觉输入如何在小鼠的多个大脑区域中转化为运动动作。近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Brain-wide dynamics linking sensation to action during decision-making”的研究报告中，来自英国伦敦大学学院等机构的科学家们通过研究发现，决策制定是一个通过学习在整个大脑中协调进行的过程，这一发现可能为设计更多分布式的神经网络提供启示，有助于人工智能研究。

研究者Tom Mrsic-Flogel教授解释说，这项研究将先前描述的单一大脑区域的概念统一为一种连贯的观点，映射到整个大脑的神经动力学中。现在，我们有了一个完整的画面，展示了当感觉输入通过决策过程转化为行动时大脑究竟发生了什么。

在这项研究中，研究人员使用了Neuropixels探针来研究参与决策制定任务的小鼠。这种先进的技术可以同时记录多个大脑区域中数百个神经元的活动。通过这一任务，研究人员能够区分感觉处理过程和运动控制过程，并通过研究接受过任务训练的动物与未经训练的对照组动物进行比较，揭示学习的作用。

研究人员让小鼠在看到屏幕上的视觉模式移动时保持静止不动。为了获得奖励，小鼠必须在视觉模式的移动速度持续增加时舔一下喷嘴。这一任务设计使得移动速度始终处于波动状态，因此小鼠需要不断关注刺激并在大脑中整合信息，以确定速度是否在增加。

通过训练小鼠保持静止，研究人员得以更清晰地分析数据，并观察神经元在小鼠做出动作前如何跟踪速度的随机波动变化。研究发现，并没有一个单一的大脑区域负责整合感知证据或协调这一过程，而是神经元稀疏但广泛地分布在大脑中，将感知证据与行动启动联系起来。

科学家揭示大脑如何将机体感觉转化为实际行动？

图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07908-w

研究团队从15只受训小鼠的52个大脑区域中收集了超过15000个细胞的数据，并与未经训练的小鼠进行了比较。结果表明，当小鼠不知道视觉刺激的意义时，这些信息仅存在于大脑的视觉系统和部分中脑区域；而当它们学会任务后，细胞便在整个大脑区域内整合证据。

未来的研究还将探索大脑中是否有特定区域在建立感觉与行动关系方面发挥关键作用。研究人员希望进一步研究大脑如何预期视觉模式的速度变化，使动物仅在相关信息出现时才对刺激作出反应。

总而言之，这项研究将决策制定与运动控制领域的概念统一到了一个全脑框架中，揭示了感觉证据如何控制实际行为。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Khilkevich, A., Lohse, M., Low, R. et al. Brain-wide dynamics linking sensation to action during decision-making. Nature (2024).doi:10.1038/s41586-024-07908-w