Science重磅發(fā)布全球首張大腦圖譜，揭秘決策背后的大腦活動(dòng)情況

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早上好，我是腦叔，一個(gè)愛聊腦的家伙。

想象一下：當(dāng)你手握方向盤，在陌生路口猶豫不決。導(dǎo)航延遲，路牌模糊，你必須快速?zèng)Q定左轉(zhuǎn)還是直行——這一刻，你的大腦內(nèi)部正上演著一場(chǎng)怎么樣的劇情？

過去，科學(xué)家們認(rèn)為這類決策僅由大腦中少數(shù)“高級(jí)部門”（如前額葉）處理。但一項(xiàng)剛剛發(fā)表于《自然》雜志的突破性研究，徹底顛覆了這一認(rèn)知。通過繪制全球首張“全腦決策圖譜”，這個(gè)跨國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)我們做出選擇時(shí)，幾乎整個(gè)大腦都在參與這場(chǎng)“集體決策”。

這項(xiàng)歷時(shí)七年、由22個(gè)實(shí)驗(yàn)室共同完成的研究，對(duì)139只小鼠的大腦279個(gè)區(qū)域中超過60萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，覆蓋了大腦95%的區(qū)域。這張圖譜首次提供了決策時(shí)整個(gè)大腦活動(dòng)情況的完整圖像。

圖像中的每個(gè)彩色點(diǎn)代表在決策過程中放電的神經(jīng)元。

為了構(gòu)建這張圖譜，研究人員首先創(chuàng)建了一個(gè)可在各實(shí)驗(yàn)室共享的標(biāo)準(zhǔn)程序，然后在小鼠對(duì)視覺提示做出反應(yīng)時(shí)追蹤其神經(jīng)活動(dòng)，并整合了每個(gè)實(shí)驗(yàn)室收集的所有數(shù)據(jù)。

“他們創(chuàng)建了迄今為止規(guī)模最大的數(shù)據(jù)集，這超出了任何人的想象，”紐約大學(xué)格羅斯曼醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)與生理學(xué)系主任、神經(jīng)科學(xué)研究所所長(zhǎng)Paul W. Glimcher博士如此評(píng)價(jià)這項(xiàng)研究，在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，“這將被載入史冊(cè)，成為一個(gè)重大事件。”

先前的研究表明，在決策過程中，只有大腦的某些部分（主要是與感覺輸入和認(rèn)知相關(guān)的區(qū)域）會(huì)有小簇神經(jīng)元放電。但新圖譜揭示，神經(jīng)活動(dòng)要廣泛得多，在決策的不同階段，電信號(hào)幾乎遍及小鼠的整個(gè)大腦。

從單個(gè)神經(jīng)元到同時(shí)觀察數(shù)千個(gè)

幾十年來，科學(xué)家們一直通過使用記錄單個(gè)神經(jīng)元電脈沖的電極來研究執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的大腦活動(dòng)。但一次記錄一個(gè)神經(jīng)元既困難又緩慢；數(shù)月的工作只能獲得大約100個(gè)神經(jīng)元的結(jié)果，使得該技術(shù)最適合研究高度特定的大腦區(qū)域。

在過去的十年中，隨著名為神經(jīng)像素（Neuropixels）的數(shù)字神經(jīng)探針的發(fā)展，神經(jīng)科學(xué)取得了巨大飛躍，這種探針可以同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)千個(gè)神經(jīng)元。這些靈敏的電極是創(chuàng)建新圖譜的重要工具。

“我們從觀察一個(gè)區(qū)域僅僅幾百個(gè)神經(jīng)元，擴(kuò)展到觀察所有大腦區(qū)域的60萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，”Pouget說。

為了構(gòu)建這張圖譜，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)精巧的實(shí)驗(yàn)：小鼠戴著電極頭盔，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)微型方向盤來控制屏幕上黑白條紋圓圈的移動(dòng)。圓圈會(huì)短暫地出現(xiàn)在屏幕的左側(cè)或右側(cè)，成功將圓圈轉(zhuǎn)向中心的小鼠會(huì)獲得糖水作為獎(jiǎng)勵(lì)。當(dāng)小鼠對(duì)所見之物做出反應(yīng)時(shí)，神經(jīng)像素探針記錄了它們大腦中的電信號(hào)。

根據(jù)該圖譜，活動(dòng)首先在大腦后部處理視覺輸入的區(qū)域激增。然后活動(dòng)擴(kuò)散到整個(gè)大腦，隨著小鼠的決定最終轉(zhuǎn)化為行動(dòng)，控制運(yùn)動(dòng)的區(qū)域也活躍起來。當(dāng)小鼠獲得含糖獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)，廣泛的大腦活動(dòng)隨之而來。

“不僅僅是少數(shù)幾個(gè)區(qū)域參與其中，而是一個(gè)非常大的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，”Pouget說。研究的作者們報(bào)告稱，了解大腦有多少部分參與決策將有助于研究人員對(duì)復(fù)雜行為進(jìn)行更有針對(duì)性的研究。

研究人員還給小鼠增加了一項(xiàng)額外挑戰(zhàn)。有時(shí)圓圈很模糊，或者幾乎看不見。為了決定向哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤才能獲得獎(jiǎng)勵(lì)，小鼠必須回憶它在先前嘗試中看到的情況。

“這叫做先驗(yàn)知識(shí)（prior knowledge），”Pouget說。“你做出的每一個(gè)決定都是這樣完成的。”

神經(jīng)科學(xué)家先前假設(shè)，大腦在決策早期就會(huì)調(diào)用先驗(yàn)知識(shí)，“這樣一旦你開始處理感覺刺激，你就是在你所預(yù)期的背景下進(jìn)行的，”Pouget說。他指出，大腦圖譜證明這一預(yù)測(cè)是正確的。

“大腦的斯隆數(shù)字巡天”

Glimcher說，正如其他學(xué)科的大規(guī)模國(guó)際合作改變了科學(xué)進(jìn)行的方式一樣，這項(xiàng)產(chǎn)生大腦活動(dòng)圖譜的工作的規(guī)模，對(duì)神經(jīng)科學(xué)來說也是一個(gè)改變游戲規(guī)則的事件。

“傳統(tǒng)上，生物科學(xué)一直是逐個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的科學(xué)，”他說，這與物理和天文學(xué)中經(jīng)常發(fā)生的多實(shí)驗(yàn)室合作不同。一個(gè)著名的例子是斯隆數(shù)字巡天（Sloan Digital Sky Survey），它涉及數(shù)百名天體物理學(xué)家和天文學(xué)家，制作了有史以來最詳細(xì)的宇宙三維地圖，涵蓋了超過三分之一的夜空。

“斯隆數(shù)字巡天徹底改變了我們收集天文數(shù)據(jù)并在天體物理學(xué)家之間分發(fā)的方式，”Glimcher說。大腦圖譜背后研究機(jī)構(gòu)——國(guó)際腦實(shí)驗(yàn)室（International Brain Laboratory, IBL）的愿景是“為大腦構(gòu)建一個(gè)斯隆數(shù)字巡天”。

IBL聯(lián)合創(chuàng)始人Pouget補(bǔ)充說，理想情況下，這張圖譜將是神經(jīng)科學(xué)家之間許多大規(guī)模合作中的第一個(gè)：“我們真誠(chéng)地希望這將激勵(lì)其他團(tuán)隊(duì)開始采用這種方法工作。”

原文作者：Mindy Weisberger

原文參考：https://www.cnn.com/2025/09/09/science/brain-map-decision-making

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腦叔創(chuàng)建了一個(gè)名為“丘腦大叔·大腦管家”的知識(shí)星球。我把它定位為一本持續(xù)更新的大腦進(jìn)化訓(xùn)練指南，專注于分享認(rèn)知行為與健康知識(shí)，陪伴腦友解決認(rèn)知與情緒問題，提升大腦能力、推動(dòng)自我進(jìn)化，助你收獲更幸福的人生。