Nature背靠背:绘制心智的宇宙地图:全脑神经像素记录揭示决策行为的全景动力学
来源:iNature 2026-02-13 15:12
这种广泛的先验信息表征与涉及区域之间环路的贝叶斯推理的神经模型相一致。这项研究从整个大脑的层面,以细胞级别的精度探讨了先验信息的编码过程,强调了在单一标准化任务中利用大规模记录数据的重要性。
关于外界状态的先验信息的神经表征机制尚不为人所充分理解。
2025年9月3日,日内瓦大学Charles Findling团队在Nature 在线发表题为Brain-wide representations of prior information in mouse decision-making的研究论文。
为了对其进行研究,研究人员对国际脑实验室收集的全脑神经像素记录和宽视野钙成像数据进行了分析。实验对象被训练来指示视觉格栅刺激的位置,该刺激在左侧或右侧出现,其出现的概率在不同长度的区块中交替变化,范围在 0.2 到 0.8 之间。该研究发现,实验对象能够估计这种先验概率,从而提高了其决策的准确性。
该研究还报告称,这种主观先验信息至少在 20%至 30%的脑区中被编码,这些脑区显著涵盖了从早期感觉区域(外侧视网膜核和初级视觉皮层)到运动区域(次级和初级运动皮层以及巨细胞网状核)以及高级皮质区域(背侧前扣带回区域和腹侧外侧眶额皮层)的所有处理层级。
这种广泛的先验信息表征与涉及区域之间环路的贝叶斯推理的神经模型相一致,而非那种仅在决策区域中纳入先验信息的模型。这项研究从整个大脑的层面,以细胞级别的精度探讨了先验信息的编码过程,强调了在单一标准化任务中利用大规模记录数据的重要性。
另外,2025年9月3日,国际大脑实验室(International Brain Laboratory)研究团队在Nature 在线发表题为A brain-wide map of neural activity during complex behaviour的研究论文,该研究报告了来自 12 个实验室、在 139 只小鼠身上使用 699 个 Neuropixels 探头所记录的 621733 个神经元的全面数据集。
这些数据来自执行包含感官、运动和认知成分的决策任务的小鼠。探头覆盖了左前脑、中脑、右后脑和小脑中的 279 个脑区。对这一全脑图谱进行了初步评估,并评估了神经活动如何编码关键的任务变量。
视觉刺激的表征在刺激开始后短暂地出现在经典的视觉区域,然后扩散到一系列中脑和后脑区域的阶梯状活动,这些区域也编码选择。神经反应几乎在大脑的每个部位都与即将发生的运动动作相关联。这个公开可用的数据集为理解大脑不同区域之间以及内部的计算过程如何驱动行为提供了重要资源。


将感官信息与先前知识相结合并通过概率推理进行处理的能力,对于感知和认知而言至关重要。在简单的情况下,大脑能够近乎最优地进行推理,遵循贝叶斯决策理论的关键原则。例如,在解读视觉场景时,研究人员先假定光线来自上方——这一合理的假设使我们能够解读那些原本模糊不清的图像。
尽管已有大量理论研究致力于探讨贝叶斯推理的神经机制,但关于大脑中先验知识的存储位置及存储方式仍不清楚。在极端情况下,大脑可能会在高级决策区域将先验信息与感官证据相结合,就在决策转化为行动之前。
这会预测先验信息仅在处理的后期阶段被编码,正如在顶叶、眶额叶和前额叶皮质区域所报道的那样。而在另一极端情况下,大脑可能像一个非常庞大的贝叶斯网络一样运作,在所有大脑区域中概率推理都是其运作方式,并且推理可以在所有方向上进行。

小鼠行为受先验驱动,在零对比度下,动物选择明显偏向区块先验一侧(图源自Nature )
这将使神经回路能够根据对其他变量任意组合的观察来推断变量的信念。例如,在看到一个物体后,大脑可能能够推断出其听觉和触觉特性;但也可以进行相反的推理,即在听到或触摸到它之后预测其视觉外观。
这样的模型会预测,先前的信息应当在整个大脑中都能被获取到,包括在低级皮层感觉区域也是如此。目前的文献对于先验信息是否确实被编码在与早期处理相关的脑区中,给出了相互矛盾且因而无法得出明确结论的观点。这是因为过去的研究仅从有限的几个区域进行记录,并且由于它们使用了不同的任务,所以即使这些结果也无法完全整合在一起。
为解决这一问题,研究人员对国际脑实验室收集的全脑数据进行了分析——包括来自 242 个大脑区域的电生理记录以及来自小鼠大脑皮层第 2/3 层的广域成像(WFI),这些数据均以艾伦通用坐标框架进行标注。该研究结果表明,这种先验信息在大脑的各个层面(包括早期感觉区域)都通过皮质和下丘脑途径进行编码。
参考消息:https://www.nature.com/articles/s41586-025-09226-1
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09235-0
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